湘潭大学本科毕业论文
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摘要 ..........................................................................................................错误！未定义书签。 Abstract ....................................................................................................错误！未定义书签。 第一章 绪论 .............................................................................................................................. 1
1.1 热风炉的分类 ................................................................................................................ 1 1.2 热风炉的应用 .............................................................................................................. 2
1.2.1 国内的发展和应用................................................................................................ 2 1.2.2 国外的发展和应用................................................................................................ 3 1.3 本文的主要内容及意义 ................................................................................................ 4 第二章 热风炉设计 .................................................................................................................. 6
2.1 热源选择 ........................................................................................................................ 6
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
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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
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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?C，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
I
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Design of hot stove and numerical simulation of flow and combustion
Abstract：Hot stove plays an essential role in production and life. Flue gas obtained from
the hot stove can not only smelt iron in blast furnace, but also recover surplus heat from waste gas, therefore greatly save energy. In addition, the hot stove can serve to dry many things as well, which widely used in chemical, pharmaceutical, textile, agriculture and other sectors. This article focuses on a small laboratory stove that can be designed to carry out some basic experiments. Furthermore, the results of studies can also to provide a frame of reference for the same type of stove in other industrial applications.
As to the designing of the laboratory hot stove, this article is mainly based on the theory of combustion, and calculate the main parameters such as the gas volume, the furnace area, furnace volume, gas flow, etc. The simple hot stove is in small size, low cost, and easy to use. What is more, the stove has innovative burner design, which uses a swirl combustion that can stabilize and strengthen burning. To prove the hot stove designed that achieves the expected goal, this paper use statistical simulation to simulate the flow and the combustion progress in the hot stove. The result of the simulation shows that mixed gas temperature reached 205?C, and the material of natural gas after combustion is zero, which means that the gas has been completely burned. In addition, with the comparison of the hot stove designed in this paper and ordinary hot stove, the result shows that not only the flames of swirl burning hot stove shorter than the ordinary hot stove, combustion stability has also been strengthened, which further displayed the advanced identity of the hot stove designed in this article.
Key words: hot stove, burner, numerical simulation
II
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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
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