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超宽体辊道窑预热带蓄热层结构对窑内温度场与流场的影响研究

作　者: 邱辉辉
导　师: 冯青
学　校: 景德镇陶瓷学院
专　业: 热能与动力工程
关键词: 宽体辊道窑蓄热层温度场速度场数值模拟
分类号: TQ174.653.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

陶瓷窑炉是整个陶瓷生产过程中比较重要的环节之一。近年来，随着国家对人们生活的环境越来越重视，对企业“低碳减排”提出更高要求，陶瓷企业面临“节能减排”问题。一种宽体辊道窑因其生产效率高、单位能耗低、土地利用效率高、节能环保优势较为明显逐步登上了历史的舞台。陶瓷窑炉行业把辊道窑窑内有效宽大于3.1m的辊道窑称为超宽体辊道窑。但目前宽体窑炉因其窑宽加宽而导致预热带高温段温度不足，使用烧嘴不易控制，容易超过设置温度范围，导致氧化不足，导致黑心、起泡等产品缺陷问题。本文通过对宽体窑炉与普通窑炉预热带进行热平衡计算及能耗分析，得出宽体预热带所需要的能耗比普通窑炉所需的能耗高。根据流体力学、传热学原理、同时结合窑炉工作原理，适当增加气体流通通道面积，减少气体流动阻力，有效的提高该部分气体温度，从而提高对流换热，达到增加该部分热容量的效果，起到蓄热作用。本文通过应用流体力学软件CFD对其进行建模数值模拟分析，从而得到不同蓄热层结构下的温度场和速度场的分布，进一步说明其蓄热层结构的作用，确定其蓄热层最佳结构。经数值模拟得出以下结论：1采用窑顶加高（即模型B系列）或者窑顶加高－窑底降低（即模型C系列）两种蓄热层结构均可以使得窑内气体温度比无蓄热层结构（即模型A）气体温度高。2采用模型B系列蓄热层辊上下温度比模型C系列温度温差小，在蓄热层长度相同的情况，模型B系列比模型C系列蓄热效果更佳。3从截面X=1.55m、不同Y值截面和截面Z=0.25m，Z=-0.25m的温度场和速度场综合分析可以得到模型B61、B62、B63比其他模型温度上下温差小，温度梯度小，出口温度在900K左右。而模型B62比模型B61/B62上下温差小，速度场梯度小，其蓄热效果更加明显。通过各组模型比较，蓄热层空间过大，容易导致辊上空隙过大，减少了辊上上部阻力，使得上部过多热气流流过，而使得窑内辊上辊下温度温差较大，故此适当的增加辊上上部空间有效提高该部分热容量。从结果分析可以得出模型B62蓄热效果最佳，即在预热带高箱蓄热层长度为6个单元（12.6m)，蓄热层高度为2层砖高（0.134m）。

全文目录

摘要  3-4
abstract  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 陶瓷工业窑炉发展  8-9
    1.1.1 国外陶瓷工业窑炉发展概况  8
    1.1.2 国内陶瓷工业辊道窑发展概况  8-9
  1.2 陶瓷窑炉研究方法及应用  9-12
    1.2.1 目前陶瓷窑炉的研究方法~([2])  9-11
    1.2.2 数值模拟在陶瓷窑炉上的应用  11-12
  1.3 FLUENT介绍  12-15
    1.3.1 FLUENT简介~([10])  12-14
    1.3.2 FLUENT优点及求解步骤  14-15
  1.4 论文研究的目的及意义  15
  1.5 论文研究的内容及结构  15-17
第二章数值模拟方法  17-26
  2.1 流体流动基本理论~([14])  17-19
    2.1.1 质量守恒方程  17-18
    2.1.2 动量守恒方程  18
    2.1.3 能量守恒方程  18-19
    2.1.4 控制方程的通用形式~([15])  19
  2.2. 湍流模型~([16])  19-22
    2.2.1 湍流模型分类  19-21
    2.2.2 基于RNGk-模型~([18][19])  21-22
  2.3 控制方程的求解~([21][22])  22-24
    2.3.1 分离解法  22
    2.3.2 耦合解法  22-23
    2.3.3 离散差分格式  23-24
  2.4 算法  24-25
    2.4.1 SIMPLE和SIMPLEC  24-25
    2.4.2 PISO算法  25
  2.5 控制方程的收敛判断  25-26
第三章超宽体辊道窑预热带蓄热层结构  26-35
  3.1 辊道窑的气体流动和传热特点  26-28
    3.1.1 辊道窑的气体流动  26-28
    3.1.2 辊道窑的传热特点  28
  3.2 超宽体辊道窑结构简介  28-30
    3.2.1 超宽体辊道窑基本装置结构~([26])  29
    3.2.2 超宽体辊道窑基本结构划分  29-30
  3.3 超宽体辊道窑预热带蓄热层结构简述  30
  3.4 超宽体辊道窑与传统辊道窑的比较  30-35
    3.4.1 从窑体结构上比较  30-31
    3.4.2 从燃烧系统上比较  31-32
    3.4.3 从传动系统上比较  32
    3.4.4 从热平衡角度进行比较~([27])  32-35
第四章超宽体辊道窑预热带蓄热层结构数值模拟  35-45
  4.1 研究内容  35-38
  4.2 简化模型  38
  4.3 几何模型的建立和网格化  38-41
    4.3.1 几何模型的建立  38
    4.3.2 模型的网格化~([30])33  38-41
  4.4 求解器设置  41-43
    4.5.1 窑体结构物性参数  42-43
    4.5.2 砖坯  43
    4.5.3 烟气  43
  4.6 边界条件  43-45
第五章数值模拟结果及其分析  45-65
  5.1 模型温度场模拟结果及分析  45-57
    5.1.1 各模型在截面X=1.55m温度分布  45-49
    5.1.2 各模型在不同Y值的截面温度分布  49-53
    5.1.3 各模型在截面Z=0.25m和Z=－0.25m温度分布  53-57
  5.2 模型流场模拟结果及分析  57-65
    5.2.1 各模型在X=1.55m截面速度分布  57-61
    5.2.2 各模型烧成温度曲线对比分析  61-65
第六章结论与展望  65-67
  6.1 结论  65
  6.2 创新点  65-66
  6.3 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
硕士毕业生信息表  70-71
附件  71-78

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