套筒式热风炉流场及温度场数值模拟

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文档主要内容

套筒式热风炉因其结构紧凑、热效率高、适用范围广，在日常生活与生产中得到了广泛应用。然而，该炉型存在烟气与空气之间换热系数偏低、炉体材料出现高温氧化剥落甚至烧穿和积灰等问题。这篇东北大学硕士论文通过数值模拟与仿真手段，对炉体进行系统分析，旨在找出问题关键部位并提出改进建议，为热工设计、热风炉研发及数值模拟相关研究人员提供参考。

论文采用PRO/E软件建立换热体的实体模型，基于运行条件和主要部件对实体模型进行简化，随后利用Workbench网格模块完成网格划分，并借助Fluent软件模拟炉内气体与空气的流场和温度场，最终获得换热体在炉内的温度分布。在流场分析过程中，建立了流体控制方程的数值模型，发现烟气在筒内产生的涡流是导致换热管振动的主要原因。在温度场分析中，基于翅片对热效率的影响建立了数值模型，通过计算得到了翅片提升热效率的关键点。此外，还建立了换热体辐射传热的数值模型，指出增加炉膛内腔的黑度是提高辐射传热的有效途径。

炉内传热过程大部分由底部层流决定。分析表明，当壁面粗糙凸点的高度大于底部层流的平均高度时，流体会越过凸点并涌入凹陷处形成涡流，从而改善对流传热。这一结论对翅片高度的设计具有指导作用，可通过计算底部层流厚度来确定翅片的最小高度，进而提高热风炉的热效率，为炉体结构设计的改进提供依据。