干燥炉的优化研究 干燥炉的优化研究

干燥炉的优化研究

  • 期刊名字:工业炉
  • 文件大小:479kb
  • 论文作者:窦艳涛,单春贤
  • 作者单位:江苏大学
  • 更新时间:2020-09-29
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论文简介

第31卷第1期工业炉VoL.31 No.12009年1月Industrial FurmaceJan. 2009干燥炉的优化研究窦艳涛,单春贤(江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013)摘要:燃气干燥炉是-一种重要的工业用干燥炉,干燥炉设计中要求加热过程具有稳定性。通过分析加热过程的传热特性,确定加热过程的稳定性由热气体流场分布状况决定。利用FLUENT对风道的流场进行数值模拟,通过改变平板挡风板的位置及形式对比分析平板挡风板对流场分布的影响情况。风道出口的特性反映风道的流场分布情况,并体现工件周開的流场特性。据此获得了改善流场分布均匀性的有效措施,实现了提高加热过程稳定性的方法,提出了满足干燥炉设计要求的途径。关键词:干燥炉;流场;FLUENT中图分类号:TQ028.674文献标识码:A文 章编号:1001-6988(2009 )01 -0010-03Optimization of Drying OvenDOU Yan-tao, SHAN Chun-xian(School of Energy and Power Engineering ,Jiangsu Universiry , Zhenjiang 212013 ,China)Abstract: Burming gas drying oven is an important industrial drying oven.The drying oven designdemands stability of heating course.By analyzing characteristic of heat transfer,it is made sure that the flowfield distribution contributes to the stability.The numerical simulation of the flow field of wind road iscarried on by using FLUENT.The effect of the flat block wind board on the flow field distribution isanalysed through changing the position and shape of the board. The exit characteristic of the wind roadreflects the flow field distribution and flow field trait around the work piece. Based on it, the usefulmeasurements of improving uniformity of the flow field are obtained, the way of advancing the stability ofheating course are achieved, and the approach of drying oven design are provided.Key words :drying oven; flow field; FLUENT燃气干燥炉采用燃气加热的方式,是- -种气流千热容等流体的热物理性质。燃气与工件确定后,干燥燥炉,具有操作气速高、气-固两相的接触时间短的特炉中热气体与工件对流换热,流体的流速是影响换点。加热蓄电池电解板的燃气干燥炉,设计时要求加热热系数的主要因素。过程具有高的稳定性。热气体与工件的热量传递主要要满足工件加热过程稳定性要求,对流换热系方式是对流换热,所以要求对流换热具有稳定性。数需保持一定的稳定性,流速分布要均匀,所以流场由于进人风道的热气体速度很高,实际测量证明分布的均匀程度决定着能否满足设计要求。整个风道内温度分布均匀,换热面积上的平均温差变FLUENT作为计算流体流动和传热问题的软化不大,表面传热系数是影响对流换热的主要因素。件,在数值模拟计算中应用广泛。本文应用FLUENT这里对流换热属于单相强制对流换热,表面换对干燥炉风道的流场分布进行了模拟,模拟采用二热系数的影响因素有:流体的流速,换热表面的特征维模型,使用对比的方法,提出获得满足干燥炉设计长度,流体的密度、动力黏度导热系数以及比定压要求的途径。中国煤化工。收稿日期:2008-09-27作者简介:窦艳涛(1983- -),男,硕七研究生.主要从事动力机械YHCNMHG的微计算机测试与控制技术研究工作.T燥炉的殆网反上F过程见图1。0工业炉第31卷第1期2009年1月计算得Re=1.84x10*,此模型流动为湍流流动,循环风间o|引风机出口燃 烧有←一这里选择k-ε求解方程。↓送风口↑口k和ε是两个基本的未知量,与之对应的输运上风道方程为:下风道浩(0k)>+-。(oku)= 0-[(4+4)张}+atdx;ax;O:' dx;围1干燥炉的结构及工作过程简團Gt+G,-pe-Yy+S;(2)燃气在燃烧室内燃烧产生高温气体,由送风机.和分别送人上、下风道,通过风道各自的出风口对传送。(at (pE)+a -(x (peu,)=x= 3 -[(u+图-)照E]+带上的工件进行加热。加热工件后,热气体一部分通过回风口回到燃烧室实现循环利用,另一部分通Cn号(G+CxGb)-CapE +S,(3)过引风机出口排出干燥炉。式中:Ge表示有平均速度梯度产生的素流动能;G。表分析干燥炉风道的流场分布,将其结构进行简示由浮升产生的紊流动能;Ym表示可压湍流中脉动化。不考虑整个系统的循环,将上风道隔离出来。模扩张的贡献;C2.C2和Cx为经验常数;Se和S。是用拟高温气体由送风机送人上风道,经过上风道送入户定义的源项;σs及σ。分别表示k及e的普朗特数。加热室的过程,得到上风道的流场分布情况。实验中热气流为可压缩流体,得出参数G,、G,、2模拟计算及 研究结果分析Ym计算式如下:2.1几何模型的建立Gr=2(4+4)4(4)由于上风道中的流场可视为二维变化,所以本式中,山为湍动黏度。实验建立二维模型。模型主要结构见图2。G;=Bg告物(5)入口矩形挡板左圆弧挡板矩形挡板右b情况式中:Pr,是湍动普朗特数,该模型中取为0.85;g:是*c情%重力加速度在第i方向的分量;β是热膨胀系数。压力出口Y;=2peM,(6)圈2上风道模型圈式中,M,是湍流Mach数。本文主要研究矩形挡板对流场影响情况,分别模型常数Cp、C2e、Cpσ σ。的取值为:对没有挡板及挡板不同位置情况下的流场分布做了C2=1.44, Cz=1.92,C_=0.09 ,σ=1.0,σ=13对比分析。矩形挡板左右对称分布,在二维图形中关于Cx,当主流方向与重力方向平行时,有即为一段线段。情况分别是:a没有矩形挡板;b左挡Cx=1;当主流方向与重力方向垂直时,有Cx=0。板两端点坐标为(4 130,50),(4330, 120),右挡板两端2.3 FLUENT 中边界条件的设置点坐标为(5950, 120),(6 150,50);c左挡板两端点主要考虑流场的分布,进口设定为速度进口,速坐标为(4 130,50),(4430, 120),右挡板两端点坐标度为17m/s,温度设为533K;出口定为自由出流;为(5 850, 120),(6 150,50)。 e情况的挡板比b情况固壁边界定为动量项;其它选项采用默认值处理。倾角减小6.3° ,长度增加96 mm。2.4 FLUENT 计算结果及其分析2.2数值模拟的计算模型3种情况的上风道速度场的分布情况见图3。通过计算雷诺数Re,确定模型中的流动类型,分析图4的风道速度场分布可以观察到速度场选择计算模型。主要不均匀区域就是速度入口区域;加上挡风板后Re=. ud(1)同一颜色聚集区减少,速度分布均匀程度得到改善;在增中国煤化工角度的情况下,进式中:u表示风道里的风速;d表示风道的高度;y表示空气的动力黏度。一步HCNMHG平线上的Y向速度拟合曲线时万布见图4。实验研究:干燥炉的优化研究间区域向两侧过渡时左侧区域先变为5.5 m/s然后减小为4.5 m/s而后再到4 m/s,右侧区域速度变为B 201情况(a) .20014 m/s并保持一段距离 而后增加到7.5 m/s,分布情100况也得到改善(图4c)。1ae ................ ..5出口的速度并不是对称分布的,可以采用不对情况(b)称的挡风板结构改善整体的速度分布情况;中间及两侧区域可以采用加挡板的方式降低其速度;陡变的区域是圆弧挡板的作用产生的,可以考虑采用带:楼:0情况(e)有多孔的挡板来减缓这种突变。圈3 3种情况的风道速度场分布图4结论-2.01-3.0](1)燃气干燥炉中的换热方式属于对流换热,可- 4.0以进-一步从传热学角度分析提高换热效率。-5.0(2)利用二维模型能够反映上风道的流场特性,-7.0}-8.03:操作条件要求不高,使得模拟计算容易进行。通过风-9.0年道出口边界的参数特性来反映工作室的加热状况,-10.0012345678910简化了分析过程。水平位置/m(3)模拟结果表明挡风板不同的形状及放置位置(a)未加挡板会获得不同的流场分布情况,矩形挡风板对上风道流-3.07场均匀性改善效果明显。出口水平线上Y向速度加-4.0挡板后变化趋势更加平缓,挡板在加长减小倾斜角度-6.0{的情况下分布进一步趋于均匀。 可以通过进一步模拟-7.0|:计算得到更合理的挡板形状和挡板放置位置,从而改-806变流场的分布,使得干燥炉的设计更加合理。-9.0-10.012345678910参考文献:(b)加挡板[{1] 韩占忠,王敬,兰小平.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用-4.0][M).北京:北京理工大学出版社,2004.-5.07;2] 王瑞金,张凯,王刚.FLUENT技术基础与应用实例[M].北京:清华大学出版社,2007.-6.5][3] 魏新利,马新辉.应用FLUENT软件研究流化床中布风板结构-7.0]-8.01JI.能源工程2006(2):15-19.-8014} 王平,何峰,魏红莉.FLUENT软件玻璃熔窑进行优化设计的探讨[几国外建材科技,2006.27(2)8-11.。0123456789105] 刘利平,黄万年.FLUENT软件模拟管壳式换热器壳程=.位流场(c)加长挡板并减小倾斜角度[川化工装备技术2006.27(3):54-56.圈4不同情况出口Y向的速度分布團6] 李红梅.胡家顺,万松林离心泵内二维流场的数值模规[几.中国对图4的压力出口水平线上的Y向速度分布水运,00611):60-61.1情况进行对比分析。4~6 m的中间区域出现速度散7] Fluent Ine.FLUENT 6.1 User'GuidelM]Fluent Ine ,2003.8] CHOUDHURY, DIPANKAR.American Society of Mechanical En-点,速度达9m/s甚至更高,这是由于热气流直接进gineers, Heat Transfer Division (Pubicatin) HTD, V 255.Solu-人进口风道产生的(图4a);在加了挡板后中间区域tions to CFD Benchmark Problems in Electronic Packaging[M].向两侧过渡的速度梯度有所降低,分布更趋平缓,变中国煤化工化范围从(3~9)m/s减小为(3.5~8)m/s(图4b);在对9]MHCNMH(ements in standard ovenduyuguoun,19942610);18 20.挡板加长并且减小水平倾斜角度的情况下速度由中12

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