油页岩气体热载体干馏炉内温度分布的试验研究

为研究油页岩在气体热载体干馏炉的加热过程,自行搭建气体热载体干馏炉试验台,在中心管进气流量为13.2m3/h的条件下,对干馏炉内的温度分布进行试验研究。试验结果表明:受物料的堆积影响,气体射流通过物料间隙进行喷射流动和扩散流动来实现传热过程,其流动特性可通过炉内温度分布呈现;温度较高区域为喷射气流经过区域;沿角度和半径方向,45°方向测点温度略高,0°方向在布气管下方整体偏低,在上方整体偏高;布气管下方温度特性受气流喷射和扩散特性的影响,布气管上方只受气流扩散的影响。除0.70h截面外,大部分区域的温度随炉内高度呈整体升高趋势;温度最高点通常出现在-0.16h和0.20h截面,0.70h截面温度整体偏低,但趋于相对均匀。     

预还原铬铁块矿竖炉终还原的数值模拟

针对铬粉矿冷固结含碳团块转底炉预还原-竖炉型炉终还原冶炼含Cr铁水技术路线的终还原反应器,建立了描述其内传输现象的二维综合数学模型,并进行了数值仿真研究.仿真结果表明,势流理论在很大程度上反映了填充床中物料流动和混合情况,可以胜任对固体炉料运动的描述;炉内料面上不同炉料分布决定着炉内炉料流量的分布、熔融液体流量的分布和渣中Cr2O3浓度的分布.在炉下部,炉中心以矿石为主的布料比以焦炭为主的布料能引起较大煤气温降;而在炉上部,炉中心以矿石为主的布料引起的煤气温降比炉中心以焦炭为主的布料引起的煤气温降低.其他条件不变时,通过布料连续改变炉内料面上的炉料分布引起的炉内软熔带的变化是不连续的.中心加焦形成倒"V"型软熔带.     

高炉炉缸用新型灌浆料

高炉经过一定时间的生产后,其炉缸区域炭砖的损毁一方面会因物理化学性能差或者是炉缸结构造成的热应力而出现环形裂缝,炭砖的环形裂缝以及内衬与炉壳或冷却设备之间产生了煤气通道,热煤气在贯通的通道内流动会使得炉缸区域局部温度升高;另一方面,"象脚"的形成会导致炉缸炭砖变薄,从而影响炉缸区域1 150℃等温线的外移而加速"死铁层"内铁水对炭砖的侵蚀.维修的主要手段就是对炉缸温度过高的区域进行压力灌浆堵缝.灌浆料的压入会填充并堵塞煤气泄漏的通道,以此减缓并解决炉缸温度高的现象.     

磷矿粉贮斗卸料锥的设计与实践

在磷矿粉贮斗内距下料口一定高度处,设置一三角形的卸料锥,能改善斗内粉料的流动状况,减少中心物料料柱压力,形成环形卸料带,防止物料架拱。实践证明行之有效。文中举例简单介绍了设计方法。     

荒煤气上升管余热回收装置的传热实验研究

2台不同导流角度的新型螺旋夹套式余热回收装置用于4.3m焦炉上升管进行传热特性实验研究,测试了荒煤气在一个结焦周期内的温度波动及总体传热效果.结果表明,荒煤气的温度随着结焦时间呈现周期性波动,最高可达825℃,荒煤气温度波动对传热量的影响较大,但对总体传热系数影响不大.稳定氮气侧流量190m3/h,入口温度30℃,91 #装置(导流角度4°)的,havg为30.23W/(m2·℃),92#装置(导流角度3°)的havg为25.2 W/(m2·℃).针对荒煤气的流动特性和本实验装置结构特点所提出的传热模型同实验数据匹配较好,最大相对误差控制在±20％以内.     

转底炉还原炼钢含锌粉尘球团的数值模拟

针对某钢铁厂处理含锌粉尘的转底炉直接还原工艺,建立了描述炉膛气体流动、燃烧和传热过程及炉内含碳球团理化反应和传热过程的数学模型,采用实际生产用球团在高温硅钼炉内进行还原实验验证模型的可靠性,得到转底炉炉膛内温度场、流场、压力场及球团内部的温度和组分分布,分析了转底炉主要操控参数对产品铁金属化和脱锌指标的影响. 结果表明,炉气流速沿流动方向逐渐增大,炉温最高点出现在还原二段(接近1350℃),球团还原20 min出炉后铁金属化率和脱锌率分别达77.9%和92.7%;要使产品铁金属化率达70%,生球碳氧摩尔比不得低于0.9,而配碳量对脱锌率影响不大;煤气供给减少1%将使产品铁金属化率和脱锌率分别降低0.8%和1.3%,二次风欠供20%时二者分别下降14%和24%;球团中锌还原脱除后在炉气中再次氧化,可通过转底炉烟气除尘系统将富锌粉尘回收并用于有色行业炼锌.     

喷嘴进料对提升管进料段内颗粒浓度分布的影响

在提升管冷模实验装置上考察了喷嘴进料对颗粒浓度径向分布的影响规律. 结果表明,提升管进料段内存在3种形式的颗粒浓度径向分布,在距喷嘴较近的轴向区域,颗粒浓度沿径向呈明显的W形分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很强;在距喷嘴较远的轴向位置,颗粒浓度沿径向呈环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很弱;在二者之间,颗粒浓度沿径向呈弱W分布,喷嘴进料对颗粒流动具有一定影响. 随着喷嘴气速的增加或预提升气速的减小,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响逐渐减弱. 采用喷嘴射流动量与预提升来流动量比Mj/Mr考察了操作参数及装置结构尺寸对提升管进料段内颗粒浓度径向分布的综合影响. 在实验范围内,动量比对进料段内颗粒浓度径向分布及颗粒流动行为具有明显的影响规律,随着动量比的增加,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环－核分布,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响逐渐减小. 在动量比小于4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.675~1.075 m间的轴向位置基本结束;在动量比增大为4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.375~0.675 m间的轴向位置便已基本结束.     

凹槽表面的流动与传热特性

采用大涡模拟对底面为凹槽的矩形通道内湍流流动与传热特性进行了研究,为验证所采用数值方法的准确性与可靠性,将平直矩形通道内模拟结果与文献中的直接数值模拟结果进行了比较,换热面Nusselt数与采用Dittus-Boelter公式计算所得Nu进行了比较,计算误差小于5%。以凹槽表面为底面的矩形通道的数值模拟结果表明:通道底面的凹槽结构改变了凹槽表面处流动结构,不同的凹槽高度和长度对流动阻力和换热效果的影响不同,在特定的几何参数下,与平直矩形通道相比,凹槽表面时均Nusselt数提高了近50.5%,时均摩擦阻力系数减小了近35.17%,综合系数增加了73.89%。通道内的流动结构显示:凹槽表面附近存在流体垂直流向壁面区域,在垂直流动区域内流体出现前、后分流,分流位置处Nusselt数增加明显,摩擦阻力系数没有明显增加,其综合流动特性最好。     

600MW超临界对冲锅炉分级燃烧特性

为研究超临界燃煤锅炉的燃烧特性,针对600 MW对冲旋流燃烧锅炉,利用CFD(computational fluid dynamics)数值仿真软件研究了分级燃烧超临界锅炉内速度分布、颗粒轨迹分布、温度分布、组分分布特性及NO_x释放规律。采用标准k-ε模型和拉格朗日随机轨道模型模拟气相湍流流动和气固两相流动;对于固体燃料,借助离散相模型,同时采用非预混燃烧模型模拟煤粉在炉内的燃烧过程;对流项采用二阶迎风格式获得更加精确的物理解;考虑到锅炉炉膛温度高、辐射换热量大,采用P1辐射模型计算气-气和气-固之间的辐射换热量;对锅炉壁面附近区域的流动传热计算采用标准壁面函数法,节省内存和计算时间。结果表明:分级对冲燃烧锅炉截面速度呈对称分布,气流充满度好,燃烧稳定;旋流燃烧的方式使炉内出现回流区,加强了炉内气流与煤粉颗粒之间的扰动,强化了传热传质,同时延长了煤粉颗粒在炉内的停留时间;煤粉颗粒的直径影响着煤粉在炉内的燃烧过程,粒径越小,煤粉颗粒在炉内的停留时间越短,影响燃料的燃烧燃尽和锅炉效率,但粒径过大,煤粉颗粒在自身重力作用下落入冷灰斗,影响锅炉的正常安全运行,因此,合适的粒径对炉内燃烧过程十分重要;沿炉膛高度方向,炉内烟气平均温度先上升后下降,在燃尽区补充燃尽风使温度小幅降低,到达炉膛出口截面烟气平均温度约为1 100 K;炉内各组分分布规律为:X=11. 093 5 m截面,沿炉膛高度方向,O_2体积分数先上升后下降,CO_2体积分数逐渐升高,CO体积分数先上升后下降;分级燃烧使炉内NO_x生成量整体下降,炉膛出口NO_x浓度约为385. 14 mg/m~3。     

冶炼含氟铁矿石试验高炉中炉瘤生成的工艺岩石学研究

某钢铁公司以11立方公尺小高炉进行含氟矿石的炼铁试验时结了炉瘤。应用各种岩石学方法监定出来组成炉瘤的物相有螢石、云母、钾霞石、白榴石、枪晶石、斜长石、焦碳、硫化铁、金属铁、金属铅、含稀土元素矿物,氟矽钾石及玻璃质。又监定了组成炉缸渣皮和铁口渣皮的物相有黄长石、枪晶石、刚玉、焦炭、石墨和玻璃等。参照炉瘤的化学分析,推论了炉瘤中各种主要物相形成的物理化学反应。 比较组成炉瘤的物相和组成渣皮的物相的晶体化学特征可以推论出来,炉瘤和渣皮的组成成分在融熔状态下的物理性是确区别的。这对于了解炉瘤的成因是有帮助的。用图表方法比较各种炉瘤的化学成分与相应的末渣的化学成分可以看出,炉瘤中含SiO_2及Al_2O_3都比炉渣中高,特别是炉瘤中含K_2O和Na_2O更显著地多。 在炉身中部富集了碱金属,加上由于高炉操作不正常,温度突终升高时形成了非正常的初渣,它粘着于炉壁并将炉料粘给起来,逐渐形成炉瘤。 氧化矽和氧化铝的富集对于炉瘤的生长也有关系。 根据以上研究提出了减少结瘤机会的方向。     

乙烯裂解炉中温度的分布

Abstract A good understanding of the detailed temperature distribution in the furnace plays an important role in the implementation of operation optimization and design improvement of ethylene pyrolyzer. Numerical simulation of the turbulent flow, combustion and heat transfer was carried out to investigate the temperature distribution in industrial furnace. Inhomogeneities of the flue-gas temperature distribution were observed in X, Y, and Z direction of the furnace from the simulated results. Along the height of the furnace, the average flue-gas temperature increased initially and decreased afterward, and reached its peak at the height of 5m. The reactor tube skin temperature varied not only along the height of the furnace, but also around the circumference of the tube. The heat flux profiles from the furnace towards the reactor tubes followed the shape of the average flue-gas temperature profile. The heat flux of the inlet tubes was constantly higher than that of the outlet tubes at the same height in the furnace.     

炉膛高度对步进式轧钢加热炉性能的影响

以能量平衡为基础,采用辐射段法模型建立了炉气段、炉围段和钢坯表面段的能量方程组,通过钢坯表面的热流与内部导热方程耦合求解,其中炉气和炉围的温度场采用主变量修正法求解,钢坯温度场采用隐式有限差分求解,与现场实测板坯温度对比验证模型的准确性,分析了上炉膛各段高度对钢坯温度场及排烟温度的影响. 结果表明,预热段高度在0.5~0.9 m,高度每增加0.2 m,钢坯出炉时上表面温度升高约2.8℃,排烟温度降低约10℃;加热一段高度在0.9~1.9 m,高度每增加0.2 m,钢坯出炉时上表面温度平均增加2.5℃,排烟温度平均降低8.5℃;加热二段和均热段高度变化对钢坯出炉时表面温度及排烟温度影响不大. 合理确定预热段和加热一段高度有利于钢坯加热并节省燃料消耗.     

连续螺旋折流板换热器流动与传热性能及熵产分析

采用数值模拟的方法,研究了螺旋角对连续螺旋折流板换热器流动与传热性能的影响,并以熵产数为指标对换热器性能进行了基于热力学第二定律的分析评价。结果表明,相同质量流量时壳程传热系数和压降均随螺旋角的增大而降低,且后者降低的幅度大于前者。连续螺旋折流板换热器壳程横截面上切向速度分布较弓形折流板换热器更加均匀。在靠近中心假管的内层区域,同一径向位置的轴向速度随螺旋角的增大而降低,而在靠近壳体壁面的外层区域则相反。螺旋角越大,不同径向位置的换热管间的换热量分布均匀性越好。壳程质量流量相等时,换热器中传热引起的熵产占总熵产的比重随着螺旋角的增大而增加,熵产数随着螺旋角的增大而降低。     

鼓泡塔中气泡尺寸分布和局部气含率研究

在内径为0.38 m的鼓泡塔中采用双电导探针法对不同通气速率下的气泡尺寸分布和局部气含率进行了实验研究,分析了气泡尺寸的概率密度分布。结果表明:气泡尺寸随轴向高度的增加而增大,随径向距离增加而减小;鼓泡塔中气液流动可分为过渡流域和充分发展流域,在过渡流域气含率随轴向高度增加而增大,在充分发展流域气含率趋于均值,径向局部气含率分布呈抛物线型下降。高气速下气泡尺寸概率密度分布比低气速下宽,且随轴向高度的增加分布变宽。     

快速流化床床层与浸润表面间的截面平均传热系数变化规律

<正>快速流态化是介于密相流态化与稀相输送之间的操作区域.对于密相流化床内的传热研究,前人已提出许多模型和经验关联式.对于稀相输送过程的传热研究则集中于床展与     

三相流重力热管冷凝段传热性能研究

为拓展三相流强化传热和防、除垢技术的应用领域,优化重力热管的传热性能,设计并构建了1套三相流闭式重力热管系统。考察了固含率、加热功率、充液率等参数对于三相流重力热管冷凝段传热性能的影响。结果表明,三相流重力热管可以强化传热。冷凝段对流传热系数随着加热功率的增加而增大,随着充液率的增加而减小。充液率较低时,冷凝段对流传热系数随着固含率的增加而增大;而当充液率较高时,随着固含率的增加,对流传热系数则呈现出先增加,后降低,然后再增加的变化趋势。     

航空煤油不同尺寸池火热流及温度特性研究

为研究航空煤油池火燃烧过程中热流与温度特性,搭建了油料燃烧模拟实验台架。通过分析实验图像与数据,发现航空煤油池火辐射热通量随径向距离和高度的增大逐渐减小,其中辐射热通量对高度增加更为敏感,随高度升高下降幅度更快;热辐射先于热对流达到强度最大值,随后在稳定燃烧阶段后期热对流强度存在跃升现象,强度超过热辐射强度,成为该阶段主要传热方式;航空煤油池火中心线上,下部区域火焰连续燃烧、氧气浓度低,上部区域油火卷吸空气、氧气浓度较高,是导致不同高度最高温度到达时刻不同的主要原因;对不同尺寸油池火来说,其热通量峰值随着油池尺寸增大而增大,同时方形油池热通量峰值显著高于圆形油池。     

梭式窑空气动力模型中紊流流动与对流传热的数值模拟研究

为深入了解梭式窑对流换热规律和产生换热不均匀的原因，利用CFD软件FLUENT^TM 5.4.8，构造了非保形结构化－非结构化混合网格，采用标准紊动能－紊动能耗散率（K－ε）模型，对梭式窑空气动力模型内部紊流流动与传热进行了数值模拟研究。得出了烧嘴射流的发展过程以及烟气速度场和温度场的分布特征。分析了料垛之间以及料垛局部换热的不均匀分布特征和成因。结果表明：外围料垛换热较强、内部料垛换热较弱，造成料垛间换热不均匀。料垛间隙的周期性分布导致料垛周向换热不均匀，三层烧嘴作用范围不同导致料垛纵向换热不均匀，有关数值模拟结果与文献实验数据符合较好。在此基础上，提出了调整料垛码法、烧嘴位置和流量匹配等改善对流换热均匀性的措施，并给出了调整原则。     

Three dimensional iron flow and heat transfer in the hearth of a blast furnace during tapping process

The aim of this research is to numerically simulate iron flow and heat transfer in the hearth of a blast furnace by solving the three-dimensional turbulent Navier-Stokes equation coupled with the transport equation of energy at steady state. Under the effects of conjugate heat transfer and natural convection, a computational fluid dynamic calculation was performed to generate flow field in the hearth and the temperature distribution in the refractories during the tapping process. The accuracy and computation of the model is validated using operation data from BHP Steel's No. 5 blast furnace. The shear stress and heat flux on the wall were then predicted for the different vertical movements, shapes of the coke zone (dead-man), and the lengths of the tap-hole. As shown in the results, it is worth noticing that an increase in the tap-hole length causes the peak values of shear stress to shift in the increasing azimuthal direction at a particular plane, and the location of the peak value of shear stress coincides with the location of higher temperature actually measured on the hearth wall, signifying enhanced heat transfer to the wall at location of peak stress.