高溫蓄熱式加熱爐中的然氣流流動(dòng)分析

1、高溫蓄高溫蓄熱式加式加熱爐中的然氣流流爐中的然氣流流動(dòng)分析分析李健1，趙博寧2摘要：摘要：本文運(yùn)用Fluent軟件對(duì)天然氣在高溫蓄熱式加熱爐中的燃燒過(guò)程進(jìn)行了模擬研究。比較分析了影響爐膛內(nèi)氣流溫度、流場(chǎng)以及煙氣濃度分布特征的主要因素。研究結(jié)果表明：當(dāng)天然氣和空氣的預(yù)熱溫度都不變時(shí)，改變天然氣和空氣射流間的夾角，同樣會(huì)改變爐膛內(nèi)的溫度分布情況，爐內(nèi)的最高溫度幾乎呈線性降低，爐內(nèi)平均溫度呈二次曲線變化先增大后減小。當(dāng)燒嘴夾角為35時(shí)，爐內(nèi)和

2、鋼坯表面溫度比較均勻，并且NO生成量少，對(duì)鋼坯的加熱質(zhì)量和降低環(huán)境污染非常有利。關(guān)鍵詞鍵詞：天然氣；流場(chǎng)；溫度場(chǎng)；濃度場(chǎng)引言引言天然氣是一種優(yōu)質(zhì)的氣體燃料。因其熱值高、質(zhì)量穩(wěn)定、設(shè)備簡(jiǎn)易、便于控制以及污染小等優(yōu)點(diǎn)，在世界能耗結(jié)構(gòu)中所占的比例越來(lái)越大。最近10年，很多企業(yè)已經(jīng)對(duì)工業(yè)爐進(jìn)行了燃天然氣改造[1~2]。本文以天然氣在高溫蓄熱式鍛造加熱爐上的應(yīng)用為背景，對(duì)其燃燒參數(shù)和爐膛結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了熱態(tài)模擬。在本研究中，列微分方程組是研究的一個(gè)

3、難點(diǎn)。再者，對(duì)微分方程組離散化求解也相當(dāng)?shù)睦щy[3~4]。而這些數(shù)學(xué)上的困難可以直接借助于Fluent軟件模型來(lái)求解。Fluent求解的思路和步驟是首先根據(jù)實(shí)際情況抽象和建立物理模型，然后選擇求解模型，設(shè)置邊界條件和初始條件，設(shè)置迭代和控制參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算，最后進(jìn)行后處理和分析得出結(jié)論，或者根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果重新調(diào)整參數(shù)進(jìn)行在計(jì)算直至達(dá)到可接受的結(jié)果[5~6]。1物理模型和計(jì)算工況物理模型和計(jì)算工況1.11.1燃燒過(guò)程數(shù)值模擬的物理模型燃燒過(guò)程

4、數(shù)值模擬的物理模型流體的流動(dòng)，一般分為層流和湍流。由于爐膛的尺寸較大，燃料入口處流速較高，流動(dòng)往往是湍流狀態(tài)，所有的物理量都是空間和時(shí)間的隨機(jī)變量，但是湍流流動(dòng)仍遵循連續(xù)介質(zhì)一般運(yùn)動(dòng)，并具有一定規(guī)律的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，其瞬時(shí)流動(dòng)仍滿足粘性流體流動(dòng)方程，描述燃燒流場(chǎng)各瞬時(shí)的微分方程如下[8]：連續(xù)性方程:（1）??0iiutx????????動(dòng)量方程：（2）????()jiiijefjijjiuupuuutxxxxx??????????????

5、??????????????組分方程：（3）????sjssssjjjmummRtxxx??????????????????????能量方程：（4）????()jjjPPjPhhCTCTuCTStxxx??????????????k方程:（5）??32()jjjjijjiiieftpkkkCktxxxxxx????????????????????????????????????????方程:???2112()CjjjijjjjiiefC

6、utxkxxxkxx????????????????????????????????????????????（6）式中，為流體密度kgm3；為時(shí)間，s；P為壓力Pa代表1，2，3，為直角坐標(biāo)系j方?tijju向速度矢量，ms；為直角坐標(biāo)系j方向的坐標(biāo)；為組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；是擴(kuò)散項(xiàng)或源項(xiàng)的jxsmsR2.342.34邊界條件的設(shè)定邊界條件的設(shè)定設(shè)定邊界條件的類型，指定流動(dòng)變量和熱量在邊界條件處的值，是Fluent使用過(guò)程中很關(guān)鍵的一部分