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喷流插件式热风炉数值模拟和强度分析

作　者: 韩乐
导　师: 张振伟
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 热风炉 对流换热 流场 温度场
分类号: TF578
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 22次
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内容摘要


本课题研究的喷流插件式热风炉换热器是适应现代生产的需要,在传统管壳式换热器的基础上开发出来的一种新型高效节能的换热器。本文介绍了喷流插件式热风炉的工作原理,以及相关换热原理,流体力学模型,并根据相应的特点选择相应的数学模型进行数值模拟分析和强度分析。本文用数值模拟软件ANSYS12.0对热风炉流场和温度场进行模拟分析。首先建立了热风炉的有限元模型,考虑到研究对象的工艺和工况外在环境影响,对模型进行了部分合理的简化,利用ANSYS12.0中的流体模拟软件FLUENT对热风炉内部烟气和空气的分析,采用标准k-ε湍流模型和能量守恒数学模型,得出了热风炉内部两种气体的流场和温度场的分布。通过换热模型不同切面位置与高度截面对烟气、空气的温度,压力,速度进行分析,结合炉体的结构特点,在不同的角度说明热风炉内部的三个流程的换热过程及其中间的影响因素。本文模拟出了喷流插件式热风炉炉体在换热模型当中的温度场分布。通过空气和烟气的温度场分布和流场分布得出炉体各个部分所受的热应力和热变形,分析其高温危险区域辐射筒下部和排烟管附近的受力情况,并基于JB4732—1995压力容器分析设计标准进行了强度校核,结果表明,所有强度准则均能满足。本文通过数值模拟分析,为热风炉的研究提供了新方法,符合实际的热风炉工况情况。经过对热风炉内部热应力和流场的模拟分析,为以后炉体结构的进一步优化改进提供了依据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-20
  1.1 课题背景  11-12
    1.1.1 我国干燥技术的发展状况  11
    1.1.2 实际应用中存在的问题  11-12
  1.2 热风炉概述  12-14
    1.2.1 热风炉的工作原理和组成  12-13
    1.2.2 热风炉的分类  13-14
  1.3 喷流插件式热风炉的结构和工作原理  14-16
  1.4 课题研究的理论意义和现实目的  16-17
  1.5 国内外研究状况及发展动态  17-18
    1.5.1 国外研究现状  17-18
    1.5.2 国内研究现状  18
  1.6 课题的主要研究内容  18-20
    1.6.1 研究内容  18-19
    1.6.2 采取的研究方法、实施方案及可行性分析  19-20
第2章 热风炉数值模拟理论基础  20-30
  2.1 数值模拟的理论基础  20
  2.2 计算流体力学  20-22
    2.2.1 计算流体力学概述  20-21
    2.2.2 流体力学数值模拟的步骤  21-22
    2.2.3 计算流体动力学特点  22
  2.3 湍流及在CFD的中应用  22-28
    2.3.1 湍流的性质  22-23
    2.3.2 湍流数值模拟  23-28
  2.4 数值模拟软件的介绍  28-30
    2.4.1 流体软件Fluent简介  28
    2.4.2 ANSYS12.0(ANSYS Workbench)简介  28-30
第3章 热风炉有限元模型的建立  30-45
  3.1 三维建模的介绍  30-32
  3.2 热风炉初始条件和结构简化  32-34
  3.3 有限元模型建立  34-35
  3.4 三维模型的网格划分  35-37
  3.5 导入材料物性  37-39
  3.6 导入边界条件  39-44
    3.6.1 边界条件的分类  39-40
    3.6.2 边界条件的计算  40-42
    3.6.3 边界湍流参数的确定  42-44
    3.6.4 边界条件结果  44
  3.7 本章小结  44-45
第4章 喷流插件式热风炉流场和温度场研究  45-55
  4.1 温度场结果分析  45-52
  4.2 速度场分析结果  52-53
  4.3 压力场结果分析  53-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章 喷流插件式热风炉强度分析  55-63
  5.1 热风炉炉体温度分布  55-58
    5.1.1 稳态热分析基础理论  55-56
    5.1.2 热风炉炉体温度场分布  56-58
  5.2 热风炉的应力分析  58-60
  5.3 热风炉的强度校核  60-61
    5.3.1 强度校核的理论方法  60-61
    5.3.2 强度校核  61
  5.4 本章小结  61-63
第6章 结论与展望  63-65
  6.1 研究结论  63
  6.2 创新点  63-64
  6.3 研究展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 炼铁 > 炼铁炉（高炉） > 热风炉
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