毕业设计--热风炉的设计Word格式.doc

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2.1.1燃煤热风炉 6

2.1.2燃油热风炉 6

2.1.3燃气热风炉 6

2.1.4电加热式热风装置 7

2.1.5方式的选择 7

2.2热风炉的热力计算 7

2.2.1完全燃烧的条件 8

2.2.2热风炉参数及其计算 8

2.3热风炉结构尺寸计算 11

2.4热风炉的阻力损失 17

2.4.1风机的选型 17

2.4.2阻力损失的计算 17

2.5小结 20

第三章热风炉的数值模拟 21

3.1物理模型 21

3.1.1整体计算网格划分 21

3.1.2热风炉燃烧器 22

3.2数学模型 24

3.2.1流体动力学控制方程 24

3.2.2计算模型 27

3.3边界条件 29

第四章热风炉模拟结果及分析 32

4.1温度场 32

4.2速度场 35

4.3物质的量 40

4.4数值模拟小结 41

第五章结论 42

参考文献 43

附录：

附录1：

中文翻译

附录2：

CAD图纸

热风炉的设计及流动、燃烧的数值模拟

摘要：

热风炉在生产和生活中起着巨大的作用，由热风炉所获得的烟气不仅可以进行高炉炼铁，还可以进行烟气的余热回收，大大地节约了能量。

此外，热风炉还可以起到干燥的作用，广泛应用于化工、制药、纺织、农业等各部门。

本文主要着眼于实验室用的小型热风炉，根据所设计的热风炉可以开展一些基础实验。

此外，研究所得的结果也可为同类型热风炉在其它工业领域的应用提供一定的参考依据。

本文在设计实验室用热风炉时主要依据燃烧学的基本理论，对主要参数（如燃气量、炉膛面积、炉膛容积、烟气流量等）进行了计算。

所设计的热风炉结构简单、体积小、造价低、使用方便，并使用旋流燃烧器，稳定和强化了热风炉的燃烧。

为了证明所设计的热风炉达到了预期目标，本文对热风炉炉内的流动及燃烧过程进行数值模拟，模拟所得的结果表明混合后烟气的温度达到了205，且燃烧后天然气的物质的量为零，已经完全燃烧。

此外，与采用直流燃烧器的风炉相比，旋流燃烧热风炉的火焰更短，燃烧的稳定性也得到了加强。

关键词：

热风炉；

燃烧器；

数值模拟

Designofhotstoveandnumericalsimulationofflowandcombustion

Abstract：

Hotstoveplaysanessentialroleinproductionandlife.Fluegasobtainedfromthehotstovecannotonlysmeltironinblastfurnace,butalsorecoversurplusheatfromwastegas,thereforegreatlysaveenergy.Inaddition,thehotstovecanservetodrymanythingsaswell,whichwidelyusedinchemical,pharmaceutical,textile,agricultureandothersectors.Thisarticlefocusesonasmalllaboratorystovethatcanbedesignedtocarryoutsomebasicexperiments.Furthermore,theresultsofstudiescanalsotoprovideaframeofreferenceforthesametypeofstoveinotherindustrialapplications.

Astothedesigningofthelaboratoryhotstove,thisarticleismainlybasedonthetheoryofcombustion,andcalculatethemainparameterssuchasthegasvolume,thefurnacearea,furnacevolume,gasflow,etc.Thesimplehotstoveisinsmallsize,lowcost,andeasytouse.Whatismore,thestovehasinnovativeburnerdesign,whichusesaswirlcombustionthatcanstabilizeandstrengthenburning.Toprovethehotstovedesignedthatachievestheexpectedgoal,thispaperusestatisticalsimulationtosimulatetheflowandthecombustionprogressinthehotstove.Theresultofthesimulationshowsthatmixedgastemperaturereached205,andthematerialofnaturalgasaftercombustioniszero,whichmeansthatthegashasbeencompletelyburned.Inaddition,withthecomparisonofthehotstovedesignedinthispaperandordinaryhotstove,theresultshowsthatnotonlytheflamesofswirlburninghotstoveshorterthantheordinaryhotstove,combustionstabilityhasalsobeenstrengthened,whichfurtherdisplayedtheadvancedidentityofthehotstovedesignedinthisarticle.

Keywords:

hotstove,burner,numericalsimulation

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第一章绪论

热风炉是用于气流干燥、喷雾干燥、流化干燥、塔式干燥、隧道干燥以及回转干燥等装置的主要辅助设备，也是温室及家畜饲养场加温的主要设备，广泛地应用于农业生产、农产品及食品加工、冶金、建材等行业。

此外，利用热风炉废气的热量来预热热风炉的煤气或助燃空气是有效地节约炼铁能耗的措施之一。

作为热动力机械的热风炉于20世纪70年代末在我国开始广泛应用，它在许多行业已成为电热源和传统蒸汽动力热源的换代产品。

还值得一提的是，近20年来，我国热风炉的发展速度十分迅速，引进了霍戈文高风温热风炉、卡鲁金顶燃式热风炉，对大型外燃式热风炉或大型外燃式热风炉与辅助小热风炉进行组合，还开发了球式顶燃式热风炉和逆旋流顶燃式热风炉。

这些技术大大缩小了我国与世界先进水平的差距。

1.1热风炉的分类

目前用于热风炉的热源主要有天然气、煤、油等。

加热形式主要有直接烟道气式和间接换气式。

换热器的类型有列管式、无管式、热管式等。

根据燃料或热源的不同可分为燃气热风炉、燃煤热风炉、燃油热风炉、燃生物质材料热风炉等。

根据炉体结构分为卧式热风炉和立式热风炉。

根据功率的大小分为大型热风炉和小型热风炉，其中

根据炉排的分布形式分为水平炉排热风炉和倾斜炉排热风炉，其中功率在100万大卡以上为大型热风炉，功率在100万大卡以下为小型热风炉。

根据加热形式分为直接加热式热风炉和间接加热式热风炉。

本文详细介绍下直接加热热风炉和间接加热热风炉的特性。

（1）直接加热热风炉的特性

直接加热热风炉的特点是燃料燃烧后的烟气直接用于加热干燥，不通过换热器。

设备成本低，热损失小。

该种方法燃料的消耗量约比用蒸汽或其他间接加热器少一半左右。

因此，在不影响产品质量的情况下，尽量使用直接加热。

直接加热热风炉的工作流程为燃料经燃烧反应后得到的高温燃烧气体进一步与外界空气接触，混合到某一温度后直接进入干燥室，与被干燥物料相接触，加热、蒸发水分，从而获得干燥产品。

直接加热热风炉燃料主要有固体燃料、液体燃料和气体燃料。

有相关资料表明，从节能的观点出发，在正常生产、操作和充分预热空气和煤气的情况下，与直接燃煤相比，炉子燃油节能最多，发生炉煤气次之，而燃煤最浪费能源。

煤炉、煤气炉、油炉三种炉子能源消耗之比为1:

0.96:

0.61[1]。

（2）间接加热热风炉的特性

间接式热风加热装置主要适用于被干燥物料不允许被污染或应用于要求热风温度较低的热敏物料的干燥，如食品、制药、精细化工、合成树脂等行业。

此种加热装置，即是将蒸汽、导热油、烟道气等做载体，通过多种形式的热交换器来加热空气。

其工作原理可分为蓄热式和换热式两种。

适用于热风干燥的热风间接加热装置有三种类型：

烟道气间接加热装置；

蒸汽间接翅片加热装置；

热管加热装置；

还有电加热热风装置。

间接式热风炉的最本质问题就是热交换。

热交换面积越大，热转换率越高，热风炉的节能效果越好，炉体及换热器的寿命越长。

反之，热交换面积的大小也可以从烟气温度上加以识别。

烟温越低，热转换率越高，热交换面积就越大。

1.2热风炉的应用

1.2.1国内的发展和应用

目前国内高温热风炉主要有两类：

一是用燃油燃气直接作热源，但是燃料贵，运行费用高，增加了干燥成本。

二是用燃煤作热源，虽然燃料费用降下来了，但也存在着热效率低、使用寿命短、体积庞大等问题。

我国燃煤热风炉多采用火床燃烧，热风温度仍比国际先进水平差了200[2]左右。

在一定程度上制约了我国中型高炉炼铁生产技术的发展，影响了高炉喷吹煤粉量和企业经济效益的进一步提高。

为了获得高风温，国内基本上采用富化高炉煤气的措施；

此外，烟气余热回收技术、热风炉自身预热法和配置预热空气炉法也是常用的措施。

现代热风炉的发展方向是：

①高风温，热风温度1250±

50。

②高热效率，总热效率≥85％。

③长寿命，一代寿命≥25年[3]。

但是，随着我国石油和天然气的发展，燃油和天然气户式热风供暖方式开始发展。

热风炉供暖已在我国的一些工业厂房、民用建筑和野外作业等场合使用，并显示了较好的效果。

与锅炉供暖相比，热风炉供暖具有以下特点：

（1）工程造价、运行和维修费用低。

热风供暖无需供回水管道、散热器及循环泵等，仅散热器一项，节省工程造价的20%-30%；

不用循环水，节省了用水、水处理及管道的清洗、除垢等费用；

将热风直接送入供暖点及空间，热损失极少；

管气窗不会发生积垢、堵塞、漏水、冻裂等现象，维修量极少。

（2）操作简单，易于调节。

热风供暖升温快，可调性强，便于以地域、用热单位和家庭为供热单元进行管理、控制，操作方便，可随时关闭或运行。

如环境温度发生变化不会影响正常运行。

（3）热风炉为常压运行，安全可靠。

无供热介质水，适宜于高寒缺水地区。

在一些大型空间和需要排风的空间也适宜用热风炉供暖。

（4）受空气物性的影响，输送热风的管路管径较大，不适宜远距离输送[4]。

1.2.2国外的发展和应用

在国外，以