燃气比变化对燃天然气单元玻璃熔窑火焰空间速度场和温度场影响的三维数值模拟研究

【摘要】：本文系统地介绍了有关湍流流动和燃烧的数学模型及这些模型常用的求解方法,阐述了国内外玻璃熔窑火焰空间中燃烧过程研究方法的发展,在综合单元玻璃熔窑理论和实际作业过程的基础上,建立了具有实用意义的燃天然气单元玻璃熔窑火焰空间的三维数学模型,包括气相流动、化学反应和辐射传热模型。其中气相流动以流体力学中的连续性方程,动量方程,湍流模型方程和能量方程为基础,使用标准κ-ε模型,化学反应使用有限反应速率/涡耗散模型,辐射传热使用离散坐标模型。 研究过程使用Gambit软件进行网格划分;使用Fluent软件计算求解;使用Tecplot软件将数值模拟得到的计算结果用图像表述出来,从而更为直观地表现出火焰空间的速度场和温度场分布,实现计算结果的可视化。 本课题结合实例研究了年产7200t燃天然气单元玻璃熔窑内火焰空间的气体的流动情况和温度分布情况,通过改变五对喷嘴的燃气比例,分析不同燃气比例下火焰空间温度场和气流场的变化以及对配合料熔化和玻璃液澄清的影响。从结果上看,燃气比的改变对温度场有较明显的影响,对气流场也有一定的影响。当五对喷嘴燃气比分别为18%,20.5%,22.5%,23%,16%时火焰空间温度场分布最为合理。从模拟图像可以看出,该三维数学模型能够比较客观的反映燃天然气单元玻璃熔窑火焰空间的速度场和温度场的分布规律,对天然气燃烧技术发展具有较大的实用价值。同时,三维数值图像模拟技术由于具有直观、明了地表示数值计算的结果等优点,在玻璃熔制过程的研究中,具有广阔的应用前景。 【关键词】：数值模拟 天然气 单元窑 火焰空间
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ171.623
【目录】：

• 前言6-7
• 第一章 文献综述7-36
• §1.1 单元窑的发展与特点7-10
• §1.1.1 单元窑概述7-8
• §1.1.2 国外单元窑的发展情况8
• §1.1.3 国内单元窑的发展情况8-9
• §1.1.4 “E”玻璃单元窑简介9-10
• §1.2 天然气的特点及燃烧性能10-12
• §1.3 燃天然气窑炉技术要点12-16
• §1.3.1 天然气的输送和供应12-13
• §1.3.2 自增碳技术简介13-14
• §1.3.3 燃烧器的选择与安装14-16
• §1.3.4 安全使用天然气的要点16
• §1.4 窑炉燃烧过程的基本方程16-26
• §1.4.1 湍流流动模型16-22
• §1.4.2 控制微分方程22-24
• §1.4.3 火焰传热过程的基本方程24-25
• §1.4.4 气相燃烧模型25-26
• §1.5 数学模拟技术在玻璃熔窑上的应用26-34
• §1.5.1 玻璃熔窑数学模拟技术的发展26-28
• §1.5.2 数值模拟的步骤28-29
• §1.5.3 玻璃熔窑燃烧过程模拟的研究进展29-34
• §1.6 本课题的任务和意义34-36
• 第二章 燃天然气火焰空间的三维数学模型36-47
• §2.1 火焰空间三维模型的建立36
• §2.2 k-ε湍流流动模型36-38
• §2.3 燃烧反应模型38-42
• §2.4 辐射传热模型42-47
• §2.4.1 辐射传热模型概述42-44
• §2.4.2 离散坐标辐射模型44-45
• §2.4.3 灰气体加权平均模型45-47
• 第三章 数学模型的求解方法与步骤47-56
• §3.1 数学模型的求解方法47-48
• §3.2 课题研究对象48-50
• §3.3 数学模型的求解步骤50-56
• §3.3.1 设定数学模型50-51
• §3.3.2 建立实体模型和划分网格51-53
• §3.3.3 选择求解器与设定物质属性53-54
• §3.3.4 定义边界条件54-55
• §3.3.5 设定控制参数、初始化及迭代计算55-56
• 第四章 玻璃窑炉模拟结果及分析56-149
• §4.1 模拟结果及分析56-147
• §4.1.1 方案l数值模拟及分析56-71
• §4.1.2 方案2数值模拟及分析71-86
• §4.1.3 方案3数值模拟及分析86-101
• §4.1.4 方案4数值模拟及分析101-116
• §4.1.5 方案5数值模拟及分析116-131
• §4.1.6 方案6数值模拟及分析131-147
• §4.2 燃天然气窑炉火焰空间的设计147-149
• 结论149-150
• 参考文献150-154
• 致谢154-155
• 发表论文155

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