高温炉内辐射换热的热流法计算机模拟

本文运用文献〔4〕中提出的新热流法,在二维直角坐标系下开发了一个由热流方程和能量方程相结合的计算机程序。用该程序计算了高温炉内的辐射换热,得到了高温炉内的温度分布。这些模拟结果为研究高温炉膛内的热状态提供了重要的理论依据。作为一个例子,本文计算了马弗炉内的温度分布,与实测结果基本相符。     

高温炉内二维热状态研究

本文将计算二维流场的K-ε双方程模型与计算辐射传热模型结合在一起,运用流场计算的SIMPLE算法和辐射传热的热流法计算,开发了两个模型的计算机程序,联立求解了高温炉膛内的二维热状态分布。运用该程序可以计算由辐射、对流和导热共同作用下炉内的温度分布和流场分布。作为一个简单的特例,在没有考虑燃烧的情况下,求解了给定炉墙温度及入口速度时空炉的热状态分布。     

炉内辐射换热均匀性的讨论

介绍炉内辐射换热的一种数值计算方法，并对炉内受热面进行辐射换热的数值计算，分析一些参数对热流密度分布的影响。     

一般情况下比热流参数的Monte-Carlo方法计算

文献(1)建立了处理辐射换热的一个新热流法的数学模型,并指出该模型与其它模型的本质区别表现在比热流参数上,全面准确地处理比热流参数是新热流法能较好地应用于实际工程问题的关键。本文给出一般情况下用Monte-Carlo方法求解比热参数的数学模型。作为例子,本文还给出了一个具体情况下的计算结果,它与文献(1)的预见相符。     

高温介质短管耦合换热中的热流分布与辐射作用

通过数值模拟短管内常物性高温介质的辐射与对流耦合换热，研究了壁面热流及介质内的热流分布特征，考察了介质辐射作用对热流分布的影响，管内流动为层流正在发展流，介质为吸收发射性灰介质，换热与流动同时发展，采用离散坐标法求解圆柱坐标系下的辐射传递方程，以获得辐射换热项，并将该项作为耦合换热能量方程的源项处理，采用控制容积法离散能量方程和N－S方程，并用SIMPLEC算法进行失代求解，结果表明，高温介质辐射不仅对壁面热流和局面努谢尔数分布有重要影响，而且使介质内径向热流分布发生较大改变。     

多孔介质内低热值气体燃烧及传热数值模拟

以一个简化的氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器为模拟对象,使用计算流体力学(CFD)方法对低热值气体燃烧进行模拟研究.考虑气体的湍流扩散和气固间的对流换热及固体间的辐射和导热换热,通过研究多孔介质内的压力分布、速度分布、温度分布及组分分布,对多孔介质内的总的热流密度及辐射热流密度进行对比分析,揭示燃烧器内不同轴向位置的燃烧及换热规律.结果表明,低热值气体在氧化铝(Al2O3)堆积小球多孔介质燃烧器内燃烧时火焰面前沿气固温差大于火焰面后气固温差.火焰面前沿固体温度高于气体温度,热量由固体传向气体,对流换热强度较大;火焰面后沿气体温度高于固体温度,热量由气体传向固体,对流换热强度较小.     

W型火焰煤粉锅炉炉内传热过程的三维数值模拟

本文研究了Ｗ型火焰煤粉锅炉炉内传热过程的数值模拟计算方法．用蒙特卡洛法计算辐射换热，用差分法计算对流换热及导热．利用这一方法计算了３００ＭＷＷ型火焰锅炉炉内的温度分布，取得了比较满意的结果．另外，本文还对有关蒙特卡洛法的几个问题进行了研究．     

新热流法计算矩形空腔内的纯辐射换热

采用新热流法计算了三维矩形空腔内参与性介质的纯辐射换热问题.新热流方程采用有限体积法进行离散并求解,比热流参数采用Monte-Carlo法计算.计算结果与区域法、热流法做了对比.对比结果表明,新热流法计算精度较好,是辐射传热过程数值模拟的一种优秀方法.     

壁面开槽尺寸及槽内填充物对测温精度和热流分布的影响

通过管壁对管道内流体等热流加热时,其内表面的温度一般通过在外表面开槽,再把热电偶嵌入,根据测得的温度利用傅立叶定律来确定。本文数值研究了壁面开槽的几何尺寸和槽内填充材料对壁温测定精度和对流换热面上的热流和温度分布的影响,发现：合适的填充材料和开槽几何尺寸对提高测量精度、改善对流换热面的热流分布十分重要,二者中任何一项选取不当都会引起不容忽视的测量误差,并使对流换热面上的热流分布与人们假设不完全符合。     

处理辐射换热的一个新热流数学模型

本文从辐射与传输的最基本的原理出发,引进“等价热流”、“正向投射热流”“反向投射热流”,“正向赝投射热流”及“反向赝投射热流”的概念,定义了一个具有统计意义的“比热流参数”,建立了一般情况下的热流微分方程,并在几种特殊入射强度分布的情况下用Monte-Carlo方法求解了比热流参数的具体值,同时给出了一个常用情况下的边界条件,构成了完备的数学模型,该模型与文献[2]的模型有所不同,它能较好说明文献[2]方程计算结果偏小的问题。     

点热源燃烧炉内比热流参数的近似计算

本文就文献(1)中提出的一个重要的物理量比热流参数在炉内加热热源的尺寸远远小于炉子尺寸的情况下给予了具体的讨论,提出了近似计算该参数的一个代数方程,并用该方程具体计算了四角烧嘴均热炉内的比热流参数分布,计算结果与(1)中的预想相符。     

炉内辐射换热的Monte—Carlo方法计算

本文在在选取双重坐标系的前提下,开发了用Monte—Carlo方法计算燃烧炉内辐射换热的一种较为普遍的计算程序,作为对该程序可靠性的一个验证,我们在简单的条件下计算了一些辐射换热的直接交换面积与全交换面积,结果与解析解符合的很好。最后我们就简化条件下的扁钢锭在炉内的辐射换热问题给出了一个计算结果。     

周期热流法测定金属材料热物性的实验及数值研究

对经典周期热流法进行研究和改进并结合相关文献对其测试理论进行分析,建立传热的二维瞬态数学模型,采用加权余量法中的Galerkin法对控制方程进行有限元离散,借助ANSYS有限元软件对周期热流法中试样的温度分布和热量传递规律进行数值模拟.根据测试原理和数值计算的结果,对测定装置进行开发和优化设计,解决了采用该法测试时难以得到较为理想的正弦或余弦温度波这一难题,减少了测试误差.通过对几种金属及合金的实验测定和数值计算,发现最大误差不超过4%,测试结果可靠,测试精度较高.     

锻造炉内两工件间距离对工件温度分布的影响

分析了锻造炉内的热工特性,采用区域法建立炉内辐射换热数学模型,并与炉内工件的导热方程相耦合,建立炉内传热数学模型;通过求解数学模型分析了不同的两工件间距离对被加热工件温度分布的影响。     

固体氧化物燃料电池氧化还原反应热流场模拟

为了研究固体氧化物燃料电池的氧化还原反应的热流场分布情况,建立了氧化还原反应的热流场环境.设计了连接管式高温炉的气体通路,研究了固体氧化物燃料电池在氧化还原反应中热流场的控制方式,分析了氧化还原反应热流场计算条件,并使用数值模拟工具进行计算与模拟.实验结果表明:氧化还原反应热流场的温度分布可以分为293 K、324.111 K、355.222K、386.333K、417.444K、448.556K、479.667K、510.778K、541.889K和573K等9个温度场分布等值区域,X坐标方向速度场分布范围为-0.200 261~0.177 592,Y坐标方向速度场分布范围为-0.275 204~0.260 32,及速度矢量范围为0~0.284 156,有助于显现氧化还原气体分布状况和氧化还原反应渐变过程.     

辐射管内温度场的研究

本文通过传热分析,建立了辐射管内温度分布的数学模型。在此基础上,研究了燃烧量,火焰长度,燃料发热量和辐射管表面热流对管内温度分布的影响规律。     

辐射废锅内高温高压合成气的辐射特性

以Edwards的指数宽带模型为基准,研究了含一氧化碳、二氧化碳和水蒸气的整体煤气化联合循环系统(IGCC)气化炉出口合成气在高温高压环境下的辐射特性,计算出了混合物在不同气体温度、压力、壁面温度和射线行程长度下的总吸收比和总发射率,并将低压下的值与Hottel线算图进行了对比,对比结果良好.针对一工程实际IGCC(压力3.5MPa、平均温度约1300K)辐射余热锅炉,选用了合理的辐射与对流换热模型,将指数宽带模型应用于炉内换热计算,结果显示:辐射换热是炉内主要换热方式,辐射换热可达总换热量的70%左右,炉膛出口烟温计算值与现场值符合较好.     

辐射废锅内高温高压合成气的辐射特性研究

为研究高温高压合成气的辐射特性,以Edwards指数宽带模型为基准,研究了含一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽的整体煤气化联合循环系统(IGCC)气化炉出口合成气在高温高压环境下的辐射特性,计算出了混合物在不同气体温度、压力、壁面温度和射线行程长度下的总吸收比和总发射率,并将低压下的值与Hottel线算图进行了对比,对比结果良好.针对一工程实际IGCC(压力3.5MPa、平均温度约1300K)辐射余热锅炉,选用了合理的辐射与对流换热模型,将指数宽带模型应用于炉内换热计算,结果显示:辐射换热是炉内主要换热方式,辐射换热可达总换热量的70%左右,炉膛出口烟温计算值与现场值符合较好.     

热风加热沥青路面冲击射流共轭传热特性

为提高热风加热沥青路面的就地再生加热效果,基于热风冲击射流对流换热和沥青路面内部导热的共轭传热过程,建立了热风加热沥青路面的冲击射流共轭传热理论模型,选取有限容积法得到了共轭传热模型的通用离散方程,采用压力-速度耦合半隐式算法(semi-implicit method for pressure linked equations, SIMPLE)获得了整个求解域内温度场分布,选取平均热流密度和平均换热系数反映沥青路面加热效果,通过正交试验研究了热风出口速度和热风出口温度对路面加热效果的影响程度。仿真和试验结果表明：理论计算与实验温度场分布趋势吻合度高,两者平均误差为8.4%;平均热流密度和平均换热系数在加热初期均从最大值急剧下降,而后下降幅度逐渐减小趋于平衡,两者的仿真计算与实验结果趋势相同,平均误差分别为6.4%和7.8%;热风出口速度和热风出口温度对平均热流密度均有显著影响,热风出口速度对平均换热系数有显著影响,热风出口温度对平均换热系数的影响相较于平均热流密度指标表现为不显著。研究结果为后续沥青路面就地热再生热风加热温度控制和加热器设计提供了理论依据。     

搪烧炉圈墙火道内的换热分析

本文用对流换热和辐射换热的基本原理分析计算了搪烧炉圈墙火道内的换热工况,讨论了影响因素,旨在加深对圈墙火道内的换热机制的了解,为指导窑炉设计和在实际生产中改善换热条件提供科学参考依据。