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套筒式热风炉温度场及流场数值模拟

摘要

套筒式热风炉由于其结构紧凑，热效率高，适用范围广等特点，在日常生活和生产

中得到了广泛的应用，但套筒式热风炉存在烟气和空气之间的传热系数较低，炉体材料

出现高温氧化剥落、甚至烧穿以及积灰等问题，本文通过对热风炉换热体进行数值模拟，

仿真。找出容易出现问题的关键部位，并提出改进建议。

本文运用 Pro/e 对热风炉换热体进行实体建模，根据热风炉的运行环境及关注的主

要部位，对实体模型进行简化，运用 Workbench 的 Mesh 模块对实体模型进行网格划分，

运用 Fluent 对热风炉中烟气和空气的流场和温度场进行仿真，得到热风炉换热体的温度

场的分布。

在流场的分析过程中，对流体的控制方程进行了必要的数值建模推导，得出辐射筒

内烟气大型漩涡是换热管振动的主要诱因之一。在温度场的分析过程中，对肋片增加烟

气和空气换热效率进行了数值建模，通过数值建模得到了肋片增加热效率的临界值。

在对热风炉换热体温度场进行分析的过程中，对热风炉换热体内腔的热辐射进行了

数值建模，得出增加辐射换热的方法是增大热风炉腔体的黑度，在热风炉的间壁传热中，

绝大部分的热量传递是由底层层流决定，通过分析得出，炉壁粗糙凸点的平均高度大于

底层层流厚度时，流体将会越过凸点处在凹处形成漩涡，使凹处的流动得以改善，从而

改善对流换热的情况。这对设计热风炉肋片的高度有指导作用，可以通过计算底层层流

的厚度来设计肋片的最小高度，从而达到提高热风炉换热效率的目的。为热风炉换热体

结构设计改进提供依据。

关键词：热风炉；流场；温度场；数值模拟

东北大学硕士论文 Abstract

- III -

Sleeve type hot air stove flow field and

temperature field simulation

Abstract

Sleeve type hot air stove because its compact structure, high thermal efficiency, and

wide applicable scope, is used in a wide range of applications. in daily life and production.

But sleeve type hot air stove existence a low heat transfer coefficient between smoke and air,

furnace materials appear high temperature oxidation peel, even burning through and ash

problems.

This article try to give a numerical simulation and emulation to furnace body. Find out

the key part of problematic, and puts forward Suggestions for improvement.This paper use

PRO/E bulid the entity modeling of heat exchange body, Based on the operating conditions

and primary part of the stove ,simplified the entity model. Using the workbench mesh module

meshing on the entity model. Using fluent simulate the gas and air flow and temperature field

in stove. Get temperature distributionthe of heat exchange body in stove.

During the process of the flow field analyse,the numerical modeling of the fluid control

equation have been bulided. The vortex of smoke in the cylinder is one of main causes of the

exchange tube viberation. In the process of temperature field analysis, base on the influence

of fin toward thermal efficiency buliding the numerical modeling,Through numerical

modeling got the critical point of fin increase the thermal efficiency.

During the process of the temperature field analyse, the numerical modeling of the

radiation of the heat exchange body have been bulided,the method increased radiation heat

transfer is to increase the blackness of the cavities of stove. During the process of heat

transfer in the stove, most of the heat transfer is decided by the bottom laminar, through the

analysis, when the wall rough convex point larger than the average height of bottom laminar,

fluid will over the convex point and pour to the sunken place forming vortex. So can improve

the convective heat transfer. So it will play a guiding role during design the height of the fin

of stove. Can through calculate the thickness of bottom laminar to design the minimum height

of the fin, So as to improve the thermal efficiency of the stove ,provide basis for improving

the design of body structure.

东北大学硕目录

-V-

独创性声明 ............................................................................................................................I

摘要 .......................................................................................................................................II

Abstract..................................................................................................................................III

第 1 章绪论.......................................................................................................................1

1.1 热风炉的简介 ..................................................................................................................1

1.2 国内热风炉现状 ..............................................................................................................2

1.3 本课题的目的和意义 ......................................................................................................3

1.4 国内外的研究现状 ..........................................................................................................3

1.4.1 国内研究现状............................................................................................................3

1.4.2 国外研究现状............................................................................................................5

1.5 GRLY-22 型套筒式热风炉的工作原理及示意图 ..........................................................6

1.6 主要面对的问题 ..............................................................................................................7

1.7 小结 ...................................................................................................................................8

第 2 章热风炉中流体流动控制方程的数学模型..............................................9

2.1 质量守恒方程的数学模型 ..............................................................................................9

2.2 动量守恒方程的数学模型 ............................................................................................10

2.3 能量守恒方程的数学模型 ............................................................................................12

2.4 湍流动量方程的数学模型 ............................................................................................14

2.5 控制方程的离散有限元体积法 ....................................................................................18

2.6 计算误差及其来源 ........................................................................................................19

2.7 小结 ................................................................................................................................20

第 3 章仿真平台简介及物理模型建立................................................................21

3.1 PRO/E 的简介 ...................................................................................................................21

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南抖北快东卫

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