高溫蓄熱式加熱爐中的然氣流流動分析

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分析分析李健1，趙博寧2摘要：摘要：本文運用Fluent軟件對天然氣在高溫蓄熱式加熱爐中的燃燒過程進行了模擬研究。比較分析了影響爐膛內(nèi)氣流溫度、流場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，改變天然氣和空氣射流間的夾角，同樣會改變爐膛內(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，爐內(nèi)和

2、鋼坯表面溫度比較均勻，并且NO生成量少，對鋼坯的加熱質(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；溫度場；濃度場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)備簡易、便于控制以及污染小等優(yōu)點，在世界能耗結(jié)構(gòu)中所占的比例越來越大。最近10年，很多企業(yè)已經(jīng)對工業(yè)爐進行了燃天然氣改造[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，對其燃燒參數(shù)和爐膛結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了熱態(tài)模擬。在本研究中，列微分方程組是研究的一個

3、難點。再者，對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軟件模型來求解。Fluent求解的思路和步驟是首先根據(jù)實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)并進行計算，最后進行后處理和分析得出結(jié)論，或者根據(jù)實驗結(jié)果重新調(diào)整參數(shù)進行在計算直至達(dá)到可接受的結(jié)果[5~6]。1物理模型和計算工況物理模型和計算工況1.11.1燃燒過程數(shù)值模擬的物理模型燃燒過程

4、數(shù)值模擬的物理模型流體的流動，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，流動往往是湍流狀態(tài)，所有的物理量都是空間和時間的隨機變量，但是湍流流動仍遵循連續(xù)介質(zhì)一般運動，并具有一定規(guī)律的統(tǒng)計學(xué)特征，其瞬時流動仍滿足粘性流體流動方程，描述燃燒流場各瞬時的微分方程如下[8]：連續(xù)性方程:（1）??0iiutx????????動量方程：（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)，%；是擴散項或源項的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，指定流動變量和熱量在邊界條件處的值，是Fluent使用過程中很關(guān)鍵的一部分