第31卷第1期工業(yè)爐VoL.31 No.12009年1月Industrial FurmaceJan. 2009干燥爐的優(yōu)化研究竇艷濤,單春賢(江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013)摘要:燃?xì)飧稍餇t是-一種重要的工業(yè)用干燥爐,干燥爐設(shè)計(jì)中要求加熱過程具有穩(wěn)定性。通過分析加熱過程的傳熱特性,確定加熱過程的穩(wěn)定性由熱氣體流場(chǎng)分布狀況決定。利用FLUENT對(duì)風(fēng)道的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,通過改變平板擋風(fēng)板的位置及形式對(duì)比分析平板擋風(fēng)板對(duì)流場(chǎng)分布的影響情況。風(fēng)道出口的特性反映風(fēng)道的流場(chǎng)分布情況,并體現(xiàn)工件周開的流場(chǎng)特性。據(jù)此獲得了改善流場(chǎng)分布均勻性的有效措施,實(shí)現(xiàn)了提高加熱過程穩(wěn)定性的方法,提出了滿足干燥爐設(shè)計(jì)要求的途徑。關(guān)鍵詞:干燥爐;流場(chǎng);FLUENT中圖分類號(hào):TQ028.674文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文 章編號(hào):1001-6988(2009 )01 -0010-03Optimization of Drying OvenDOU Yan-tao, SHAN Chun-xian(School of Energy and Power Engineering ,Jiangsu Universiry , Zhenjiang 212013 ,China)Abstract: Burming gas drying oven is an important industrial drying oven.The drying oven designdemands stability of heating course.By analyzing characteristic of heat transfer,it is made sure that the flowfield distribution contributes to the stability.The numerical simulation of the flow field of wind road iscarried on by using FLUENT.The effect of the flat block wind board on the flow field distribution isanalysed through changing the position and shape of the board. The exit characteristic of the wind roadreflects the flow field distribution and flow field trait around the work piece. Based on it, the usefulmeasurements of improving uniformity of the flow field are obtained, the way of advancing the stability ofheating course are achieved, and the approach of drying oven design are provided.Key words :drying oven; flow field; FLUENT燃?xì)飧稍餇t采用燃?xì)饧訜岬姆绞?，? -種氣流千熱容等流體的熱物理性質(zhì)。燃?xì)馀c工件確定后,干燥燥爐,具有操作氣速高、氣-固兩相的接觸時(shí)間短的特爐中熱氣體與工件對(duì)流換熱，流體的流速是影響換點(diǎn)。加熱蓄電池電解板的燃?xì)飧稍餇t,設(shè)計(jì)時(shí)要求加熱熱系數(shù)的主要因素。過程具有高的穩(wěn)定性。熱氣體與工件的熱量傳遞主要要滿足工件加熱過程穩(wěn)定性要求，對(duì)流換熱系方式是對(duì)流換熱,所以要求對(duì)流換熱具有穩(wěn)定性。數(shù)需保持一定的穩(wěn)定性,流速分布要均勻,所以流場(chǎng)由于進(jìn)人風(fēng)道的熱氣體速度很高，實(shí)際測(cè)量證明分布的均勻程度決定著能否滿足設(shè)計(jì)要求。整個(gè)風(fēng)道內(nèi)溫度分布均勻,換熱面積上的平均溫差變FLUENT作為計(jì)算流體流動(dòng)和傳熱問題的軟化不大,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是影響對(duì)流換熱的主要因素。件,在數(shù)值模擬計(jì)算中應(yīng)用廣泛。本文應(yīng)用FLUENT這里對(duì)流換熱屬于單相強(qiáng)制對(duì)流換熱,表面換對(duì)干燥爐風(fēng)道的流場(chǎng)分布進(jìn)行了模擬，模擬采用二熱系數(shù)的影響因素有:流體的流速,換熱表面的特征維模型,使用對(duì)比的方法,提出獲得滿足干燥爐設(shè)計(jì)長度,流體的密度、動(dòng)力黏度導(dǎo)熱系數(shù)以及比定壓要求的途徑。中國煤化工。收稿日期:2008-09-27作者簡(jiǎn)介:竇艷濤(1983- -),男,碩七研究生.主要從事動(dòng)力機(jī)械YHCNMHG的微計(jì)算機(jī)測(cè)試與控制技術(shù)研究工作.T燥爐的殆網(wǎng)反上F過程見圖1。0工業(yè)爐第31卷第1期2009年1月計(jì)算得Re=1.84x10*,此模型流動(dòng)為湍流流動(dòng),循環(huán)風(fēng)間o|引風(fēng)機(jī)出口燃 燒有←一這里選擇k-ε求解方程?！惋L(fēng)口↑口k和ε是兩個(gè)基本的未知量，與之對(duì)應(yīng)的輸運(yùn)上風(fēng)道方程為:下風(fēng)道浩(0k)>+-。(oku)= 0-[(4+4)張}+atdx;ax;O:' dx;圍1干燥爐的結(jié)構(gòu)及工作過程簡(jiǎn)團(tuán)Gt+G,-pe-Yy+S;(2)燃?xì)庠谌紵覂?nèi)燃燒產(chǎn)生高溫氣體,由送風(fēng)機(jī).和分別送人上、下風(fēng)道,通過風(fēng)道各自的出風(fēng)口對(duì)傳送。(at (pE)+a -(x (peu,)=x= 3 -[(u+圖-)照E]+帶上的工件進(jìn)行加熱。加熱工件后,熱氣體一部分通過回風(fēng)口回到燃燒室實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用,另一部分通Cn號(hào)(G+CxGb)-CapE +S,(3)過引風(fēng)機(jī)出口排出干燥爐。式中:Ge表示有平均速度梯度產(chǎn)生的素流動(dòng)能;G。表分析干燥爐風(fēng)道的流場(chǎng)分布,將其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)示由浮升產(chǎn)生的紊流動(dòng)能;Ym表示可壓湍流中脈動(dòng)化。不考慮整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán),將上風(fēng)道隔離出來。模擴(kuò)張的貢獻(xiàn);C2.C2和Cx為經(jīng)驗(yàn)常數(shù);Se和S。是用擬高溫氣體由送風(fēng)機(jī)送人上風(fēng)道,經(jīng)過上風(fēng)道送入戶定義的源項(xiàng);σs及σ。分別表示k及e的普朗特?cái)?shù)。加熱室的過程,得到上風(fēng)道的流場(chǎng)分布情況。實(shí)驗(yàn)中熱氣流為可壓縮流體,得出參數(shù)G,、G,、2模擬計(jì)算及 研究結(jié)果分析Ym計(jì)算式如下:2.1幾何模型的建立Gr=2(4+4)4(4)由于上風(fēng)道中的流場(chǎng)可視為二維變化,所以本式中,山為湍動(dòng)黏度。實(shí)驗(yàn)建立二維模型。模型主要結(jié)構(gòu)見圖2。G;=Bg告物(5)入口矩形擋板左圓弧擋板矩形擋板右b情況式中:Pr,是湍動(dòng)普朗特?cái)?shù),該模型中取為0.85;g:是*c情%重力加速度在第i方向的分量;β是熱膨脹系數(shù)。壓力出口Y;=2peM,(6)圈2上風(fēng)道模型圈式中,M,是湍流Mach數(shù)。本文主要研究矩形擋板對(duì)流場(chǎng)影響情況,分別模型常數(shù)Cp、C2e、Cpσ σ。的取值為:對(duì)沒有擋板及擋板不同位置情況下的流場(chǎng)分布做了C2=1.44, Cz=1.92,C_=0.09 ,σ=1.0,σ=13對(duì)比分析。矩形擋板左右對(duì)稱分布,在二維圖形中關(guān)于Cx，當(dāng)主流方向與重力方向平行時(shí),有即為一段線段。情況分別是:a沒有矩形擋板;b左擋Cx=1;當(dāng)主流方向與重力方向垂直時(shí),有Cx=0。板兩端點(diǎn)坐標(biāo)為(4 130,50),(4330, 120),右擋板兩端2.3 FLUENT 中邊界條件的設(shè)置點(diǎn)坐標(biāo)為(5950, 120),(6 150,50);c左擋板兩端點(diǎn)主要考慮流場(chǎng)的分布,進(jìn)口設(shè)定為速度進(jìn)口,速坐標(biāo)為(4 130,50),(4430, 120),右擋板兩端點(diǎn)坐標(biāo)度為17m/s,溫度設(shè)為533K;出口定為自由出流;為(5 850, 120),(6 150,50)。 e情況的擋板比b情況固壁邊界定為動(dòng)量項(xiàng);其它選項(xiàng)采用默認(rèn)值處理。傾角減小6.3° ,長度增加96 mm。2.4 FLUENT 計(jì)算結(jié)果及其分析2.2數(shù)值模擬的計(jì)算模型3種情況的上風(fēng)道速度場(chǎng)的分布情況見圖3。通過計(jì)算雷諾數(shù)Re,確定模型中的流動(dòng)類型，分析圖4的風(fēng)道速度場(chǎng)分布可以觀察到速度場(chǎng)選擇計(jì)算模型。主要不均勻區(qū)域就是速度入口區(qū)域;加上擋風(fēng)板后Re=. ud(1)同一顏色聚集區(qū)減少,速度分布均勻程度得到改善;在增中國煤化工角度的情況下,進(jìn)式中:u表示風(fēng)道里的風(fēng)速;d表示風(fēng)道的高度;y表示空氣的動(dòng)力黏度。一步HCNMHG平線上的Y向速度擬合曲線時(shí)萬布見圖4。實(shí)驗(yàn)研究:干燥爐的優(yōu)化研究間區(qū)域向兩側(cè)過渡時(shí)左側(cè)區(qū)域先變?yōu)?.5 m/s然后減小為4.5 m/s而后再到4 m/s,右側(cè)區(qū)域速度變?yōu)锽 201情況(a) .20014 m/s并保持一段距離 而后增加到7.5 m/s,分布情100況也得到改善(圖4c)。1ae ................ ..5出口的速度并不是對(duì)稱分布的，可以采用不對(duì)情況(b)稱的擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)改善整體的速度分布情況;中間及兩側(cè)區(qū)域可以采用加擋板的方式降低其速度;陡變的區(qū)域是圓弧擋板的作用產(chǎn)生的，可以考慮采用帶:樓:0情況(e)有多孔的擋板來減緩這種突變。圈3 3種情況的風(fēng)道速度場(chǎng)分布圖4結(jié)論-2.01-3.0](1)燃?xì)飧稍餇t中的換熱方式屬于對(duì)流換熱,可- 4.0以進(jìn)-一步從傳熱學(xué)角度分析提高換熱效率。-5.0(2)利用二維模型能夠反映上風(fēng)道的流場(chǎng)特性,-7.0}-8.03:操作條件要求不高,使得模擬計(jì)算容易進(jìn)行。通過風(fēng)-9.0年道出口邊界的參數(shù)特性來反映工作室的加熱狀況，-10.0012345678910簡(jiǎn)化了分析過程。水平位置/m(3)模擬結(jié)果表明擋風(fēng)板不同的形狀及放置位置(a)未加擋板會(huì)獲得不同的流場(chǎng)分布情況,矩形擋風(fēng)板對(duì)上風(fēng)道流-3.07場(chǎng)均勻性改善效果明顯。出口水平線上Y向速度加-4.0擋板后變化趨勢(shì)更加平緩,擋板在加長減小傾斜角度-6.0{的情況下分布進(jìn)一步趨于均勻。 可以通過進(jìn)一步模擬-7.0|:計(jì)算得到更合理的擋板形狀和擋板放置位置,從而改-806變流場(chǎng)的分布,使得干燥爐的設(shè)計(jì)更加合理。-9.0-10.012345678910參考文獻(xiàn):(b)加擋板[{1] 韓占忠,王敬,蘭小平.FLUENT流體工程仿真計(jì)算實(shí)例與應(yīng)用-4.0][M).北京:北京理工大學(xué)出版社,2004.-5.07;2] 王瑞金,張凱,王剛.FLUENT技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:清華大學(xué)出版社，2007.-6.5][3] 魏新利,馬新輝.應(yīng)用FLUENT軟件研究流化床中布風(fēng)板結(jié)構(gòu)-7.0]-8.01JI.能源工程2006(2):15-19.-8014} 王平,何峰,魏紅莉.FLUENT軟件玻璃熔窯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討[幾國外建材科技,2006.27(2)8-11.。0123456789105] 劉利平,黃萬年.FLUENT軟件模擬管殼式換熱器殼程=.位流場(chǎng)(c)加長擋板并減小傾斜角度[川化工裝備技術(shù)2006.27(3):54-56.圈4不同情況出口Y向的速度分布團(tuán)6] 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