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卡鲁金热风炉预燃室和拱顶内燃烧过程的数值模拟

作　者: 李超
导　师: 贺友多；陈义胜
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 顶燃式热风炉燃烧器湍流扩散火焰数值模拟
分类号: TK175
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

顶燃式热风炉的出现是热风炉结构发展史上的革命,它取消了独立的燃烧室,将拱顶作为燃烧的空间,相对于传统的内燃式热风炉和外燃式热风炉具有很多优点,是未来高风温热风炉的发展方向。但顶燃式热风炉有限的燃烧空间对燃烧器的设计提出了更高的要求,必须有与之适应的短焰燃烧器,保证煤气在进入蓄热室格子砖之前燃烧完全。卡鲁金热风炉是一种具有独特的燃烧器结构的顶燃式热风炉,近年来开始投入生产,并且在实践中反映良好,但尚缺乏对它的理论研究。本文应用湍流扩散火焰的k ?ε?g模型,在对实际模型进行简化的基础上,对卡鲁金热风炉预燃室和拱顶内的燃烧过程进行了数值模拟,得到了预燃室和拱顶内的流场、温度场、燃烧的火焰分布和各气体组分的浓度分布等,并对得到的结果进行了分析。初步了了解炉内的燃烧状况。除此之外,本文在其它条件不变的情况下,还分别模拟了气体入口与径向夹角,气体预热温度,空气过剩系数等因素对燃烧的影响。通过对卡鲁金热风炉的一系列模拟,对该热风炉的燃烧特点有了较深刻的认识,得出了一些有意义的结论。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 文献综述  10-25
  1.1 概述  10
  1.2 热风炉的结构形式  10-13
    1.2.1 内燃式热风炉  10
    1.2.2 外燃式热风炉  10-11
    1.2.3 顶燃式热风炉  11-13
  1.3 顶燃式热风炉的几种主要形式  13-22
    1.3.1 柳钢球式顶燃式热风炉  13-14
    1.3.2 首钢型切向旋流顶燃式热风炉  14-16
    1.3.3 具有西德专利（1526029）燃烧器的顶燃式热风炉  16-18
    1.3.4 卡鲁金（Kalugin）顶燃式热风炉  18-22
  1.4 计算机数值模拟方法  22-25
    1.4.1 有限差分法  23
    1.4.2 有限元法  23
    1.4.3 有限体积法  23-25
2 气体湍流燃烧的数学模型  25-34
  2.1 燃烧模型中普遍采用的几个概念和假设  25-28
    2.1.1 简单化学反应系统（SCRS）  25
    2.1.2 守恒量和混合分数  25-26
    2.1.3 守恒量之间的线性关系  26-27
    2.1.4 快速化学反应假设  27
    2.1.5 几率密度函数（PDF）  27-28
  2.2 湍流扩散火焰的K-Ε-G 模型  28-34
    2.2.1 k-ε-g 模型的要点  28-29
    2.2.2 k-ε-g 模型的控制方程组  29-30
    2.2.3 火焰面的确定  30-31
    2.2.4 温度场的计算  31-32
    2.2.5 体系中各组分浓度场的计算  32-33
    2.2.6 边界条件的确定  33-34
3 数学模型的求解和程序设计  34-40
  3.1 求解区域的离散化  34
  3.2 速度场的交错网格  34-35
  3.3 标量场差分方程的建立  35-36
  3.4 速度场差分方程的建立  36-38
  3.5 压力修正方程  38-39
  3.6 差分方程的求解和程序流程  39-40
4 卡鲁金热风炉预燃室和拱顶内燃烧过程的数值模拟研究  40-59
  4.1 计算条件  40-41
  4.2 燃烧过程的基本特征  41-48
    4.2.1 速度场  41-45
    4.2.2 温度场  45
    4.2.3 混和分数分布和火焰形状  45-46
    4.2.4 组分浓度分布  46-48
    4.2.5 本节小结  48
  4.3 入口与径向夹角对流动和燃烧的影响  48-54
    4.3.1 计算条件  48
    4.3.2 计算结果及分析  48-54
    4.3.3 本节小结  54
  4.4 煤气和空气的预热温度对火焰长度的影响  54-56
    4.4.1 计算条件  54
    4.4.2 计算结果及分析  54-56
    4.4.3 本节小结  56
  4.5 空气过剩系数对燃烧的影响  56-59
    4.5.1 计算条件  56
    4.5.2 计算结果和分析  56-58
    4.5.3 本节小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
在学研究成果  63-64
致谢  64

卡鲁金热风炉预燃室和拱顶内燃烧过程的数值模拟

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