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辐射管内衬管对U型辐射管表面温度分布有何影响?

作者:华东电热 发布时间:2019-09-16 浏览次数: 来源:jinshitaiyangmojing.com
[导读]:辐射管内衬管对U型辐射管表面温度分布的影响 燃气辐射管是一种以燃气作为燃料,在密闭管内进行燃烧,并通过受热管壁以辐射的形式将热量传递给被加热物体的加热装置,且燃烧产物不与被加热

  辐射管内衬管对U型辐射管表面温度分布的影响

  燃气辐射管是一种以燃气作为燃料,在密闭管内进行燃烧,并通过受热管壁以辐射的形式将热量传递给被加热物体的加热装置,且燃烧产物不与被加热物体接触,燃烧气氛不会污染或影响产品质量,炉内气氛便于调节与控制,其多用于金属热处理、物料熔化等对产品质量要求较高的场合。在目前的技术条件下,其加热效率约在50%"国内研究人员对于辐射管燃烧器的传热过程进行了数值和实验研究,多集中在蓄热式辐射管上,且多为二维数值分析,仅有少数的研究人员进行了三维数值研究。

辐射管

  这些研究者都对燃烧器进行了极大的简化,以致与真实情况差别较大2-3,故本文选用接近真实情况的烧嘴型式,研究U型辐射管内的燃烧与传热情况。

  燃气辐射管表面温度分布的均匀性是衡量辐射管性能的一个重要指标。它主要影响到辐射管的加热质量和辐射管的寿命等。而影响辐射管表面温度分布均匀性的主要因素是燃气与空气的混合情况。燃气与空气的混合强度越低,则混合时间加长、火焰拉长,燃气不能完全燃烧,辐射管表面温度分布均匀性降低,还会造成燃气的浪费,降低辐射管的加热效率;若空气与燃气的混合强度过大,则混合时间缩短、火焰过短,同样会使辐射管表面温度分布不均匀性增大,而在辐射管内加入内村管后,可以通过调节内衬管所在位置对火焰的组织情况进行适当的调节,并可在火焰与辐射管外壁之间形成一定间隔,降低辐射管外表面的温度,同时能够适当延长火焰的长度,对辐射管表面温度分布均匀性有较大的帮助。

  本文拟应用数值模拟技术,对U型辐射管内燃烧与传热过程进行研究,通过改变内村管的相对位置,研究其对辆射管温度以及烟气NO,浓度的影响,为U型辐射管、燃烧器的开发以及燃烧污染物的控制提供一定的参考.

  数值模拟

  物理模型及网格划分

  研究对象为1支燃烧能力为100 kw的U型辐射管,其结构如图1所示。辐射管内径为154 mm,壁厚为8mm,辐射管有效加热长度为954 mm.该辐射管表面负荷为4.54 W/cm',容积负荷为1.69 W/em,数值计算的区域从空气腔入口到辐射管有效加热段出口为止,并在辐射管上设置12个均匀分布的监测点,取辐射管工作体为计算模型

  数值模拟中网格的好坏直接影响到数值解的可信度。

  网格数过少,会使得计算的准确性下降;网格数过多,则会增大计算成本。本文选取非结构化四面体网格进行计算,并对烧嘴、燃烧室等结构进行了局部加密,以保证具有较高的计算精度。

u型辐射管

 
        基本假设及计算模型

  基本假设:

  (1)假定气体在辐射管内流动为湍流流动;

  (2)混合气体中,各组分气体的比热容采用组分质量分数加权平均的混合比热容;

  (3)气体辐射吸收系数不受湍流特性的影响;

  (4)燃气与空气均不进行预热。

  (5)燃气成分为100%的CH.

  在本文中选用以下计算模型对辐射管内燃烧与传热进行研究:

  (1)湍流模型:标准k-c湍流模型;

  (2)燃烧模型:包含两步反应的涡破碎模型;

  (3)辐射模型:离散坐标辐射模型(DO);

  (4)污染物NO,模型: NO,热力型(Thermal)生成机理和快速型(Prompt)生成机理。1.3边界条件及初始条件

  (1)人口条件:甲烷、空气均采用速度入口条件。

  其人口速度分别为65.71 m's, 1.623 m/s,空气过量系数为1.10,甲烷进口温度为25℃,助燃空气温度为527℃.

  (2)出口条件:压力出口,表压为零。

  (3)壁面条件:壁面为无滑移壁面,材质为钢材,在壁面附近的黏性层中的流动与换热采用壁面函数法进行处理。外壁面与环境TO之间的换热量由对流换热与热辐射换热两部分组成,考虑壁厚的导热,壁厚为8mm,导热系数为16.27 W/(m K),比热容为502.48 W/(kg K).

  内村管厚度为5mm,考虑内衬管的导热,其导热系数为 16,27 w/(m . K),比热容为502.48 W/(kg K) 2模拟结果与分析

  内村管相对位置对辐射管表面温度分布均匀性的影响

  图2给出5种燃烧工况下辐射换热管表面监测点温度的分布情况,即无内衬管和内村管分别距燃烧室2.

  20, 40, 60 mm.由图2可以看出,当辐射管内没有内衬管时,辐射管表面最高温度出现在U型管弯管附近。这是由于烟气在弯管处直接冲击辐射管管壁,使得辐射管壁温升高,烟气能够将更多的热量传递给辐射管,使得管体表面温度升高。且从图2中还可以发现U型管前半段温度较高,对辐射管的寿命影响较大。而对于加入内衬管后的4种工况而言,辐射管前半段由于内衬管的存在、辐射管表面温度较未加入内衬管时低;同时由于内衬管的存在,使得火焰高温段向后移动,能够较好的改善辐射管有效加热段的温度分布均匀性。另外,还可以发现上述5种工况均在弯管处有一温度的峰值。故弯管处辐射管所受热应力最大,其壁面厚度应适当予以增加。

  分析表1中的数据可以发现,在辐射管内加装内村管能够较好改善辐射管表面温度分布均匀性,且效果随内衬管距离燃烧室距离的增大而提高。当套管距燃烧室出口距离增大时,使得夹层处的空气由于涡流被卷吸进人内衬管,促进了甲烧与空气的混合,使得燃烧更为完全;同时又由于内衬管的存在使得火焰长度增加,辐射管出口温度有所增加。

  内衬管相对位置对污染物浓度的影响

  近年来,随着工业的快速发展,随烟气排放的NO,越来越多,我国多个城市出现雾霾天气,国家对于NO,的排放也越来越重视。在整个燃料的燃烧过程中,氮的浓度基本上不会发生变化。影响N0,生成量的主要因素是温度、氧气浓度和滞留时间。因此,减少燃烧产物中 w(NO,)的主要方法是降低燃烧的温度水平,降低混合物中氧气的浓度以及减少燃烧产物在高温区域内的停留时间等。图3给出了有无内衬管以及不同内衬管位置时,辐射管出口烟气中NO.的质量分数。

  2mm;工况3内村管距燃烧室20mm,工况4内村管距燃烧室40 mm;工况5内衬管距燃烧室60 mm.由图3中可以看出,辐射管内有无内衬管以及内村管的位置与NO,的含量之间并无明显关系。

  烟气中的w(CO)与燃气完全燃烧程度有关。由图3可知,与未加入内衬管工况相比,加入内衬管后,由于内衬管的存在,使得与燃气混合进行燃烧的助燃空气减少,燃气燃烧不完全,增大内村管与燃烧室出日间距离后,尽管可以使夹层处的空气部分地由于卷吸作用进人内衬管促进燃烧,但效果并不明显,因而对w(CO)的影响并不大。

  结论

  本文利用FLUENT软件对U型辐射管进行了数值模拟,分析了不同内衬管位置时,其温度场、辐射管表面温度分布以及烟气的w(NO)和w(CO)的分布规律。当加入内衬管后,辐射管表面温度分布均匀性有所提高,对烟气中w(NO,)无明显影响;内衬管与燃烧室出口距离增大时,辐射管表面温度分布不均匀性逐渐减小,烟气中的w(NO,)变化无明显规律。

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华东电热来自安徽省芜湖市朋友的评论   [2019-10-11]

推荐买华东电热家的辐射管,价格实惠,我用了许久都没有坏。

华东电热来自福建省龙岩市朋友的评论   [2019-10-11]

辐射管加热芯的质量非常棒,谁用谁知道。

华东电热来自福建省莆田市朋友的评论   [2019-10-11]

厂里的辐射管加热芯、辐射管加热管基本都是他家的,东西质量好,不回出差错

华东电热来自甘肃省白银市朋友的评论   [2019-10-11]

东西是非好用,多多去看下购买燃气辐射管,华东电热挺不错的

华东电热来自安徽省铜陵市朋友的评论   [2019-10-11]

马弗罐一直找他家做,没想到还可以的定制电热辐射管!

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