论文摘要
钢铁产业是我国的支柱产业之一,降低钢坯热处理过程中的事故率对提高钢铁产品的质量、减少污染物排放和提高企业经济效益,有着极其重要的意义。目前普遍应用的连续式热处理工业加热炉因炉底管道易发生漏水和断裂事故,影响正常生产和效益,多年以来一直备受关注。本文以推钢式加热炉为例,通过研究管道内部水力循环的传热特性及管道结构应力的分布特点,可为管道结构改进优化和降低断裂事故提供参考。本文从炉底管道在加热炉工作过程中易发生应力破坏的缺点入手,进行了管道的内部传热特性和结构力学特性研究。首先,基于传热学理论对管道和外壁面耐火材料进行热参数计算,得到了初始边界条件;其次,考虑模型体积和结果准确性的影响,利用Solidworks软件建立了简化管道进口段三维模型并对其进行了流固一体网格划分;然后,利用Fluent流体分析软件,结合传热学和流固耦合理论对模型进行了仿真分析,探究了工况参数对管道内部流体传热的影响,得到了流体的运动规律和温度分布情况,并对管道弯曲处和水平处的二次流现象进行了研究,分析了二次流的流动特性;最后,通过流热固耦合的方法,基于弹性力学和塑性力学原理对截取的直管段模型进行了仿真分析,得到了管道壁面应力的分布情况,给出了不同耐热滑块的管道结构对应力峰值和应力分布的影响规律。本文通过改变工况参数和耐热滑块结构,结合传热学,流体力学和固体力学理论,利用数值模拟的方法研究了流动特性对管道内部传热以及滑块结构对管道应力分布及大小的影响,可为工业加热炉的设计、优化和应用提供参考。
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摘要Abstract第1章 绪论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景及意义 1.1.2 工业炉概述 1.2 流热固耦合的研究发展现状 1.2.1 国内流热固耦合研究进展 1.2.2 国外流热固耦合研究进展 1.3 本课题主要研究内容 1.4 本章小结第2章 冷却水管概述及热计算 2.1 冷却水管分类 2.2 汽化冷却水循环原理 2.2.1 自然循环 2.2.2 强制循环 2.3 汽化冷却系统的主要性能参数 2.4 冷却水管热参数计算 2.4.1 冷却水管的传热基础 2.4.2 冷却水管的包扎结构 2.4.3 耐火材料和水管热力学参数 2.4.4 管道壁面热计算 2.5 本章小结第3章 流体计算模型 3.1 CFD数值模拟方法及流程 3.2 流场模拟的基本控制方程 3.2.1 连续性方程 3.2.2 动量守恒方程 3.2.3 能量守恒方程 3.3 湍流模型 3.4 湍流模型的选取 3.5 本章小结第4章 工业炉冷却水管的流动及传热分析 4.1 前处理 4.1.1 几何模型及网格划分 4.1.2 网格划分 4.1.3 数值方法及边界条件 4.1.4 进口段出口压力的确定 4.2 进口段流场与温度分布 4.2.1 进口段速度分布 4.2.2 进口段温度分布 4.2.3 进口段压力分布 4.3 工况参数对传热的影响 4.3.1 不同进口速度的传热分析 4.3.2 不同对流换热系数下的传热分析 4.4 管道的流动传热特性 4.4.1 弯管处二次流 4.4.2 水平管处的二次流 4.5 本章小结第5章 受热管段的流热固耦合强度分析 5.1 流热固耦合理论基础 5.1.1 管道传热理论 5.1.2 管道变形理论 5.1.3 流体对固体结构影响 5.1.4 流热固耦合理论 5.2 流热固耦合的计算方法及思路 5.3 前处理 5.3.1 几何模型的建立 5.3.2 网格划分 5.3.3 材料设置 5.3.4 边界条件的设定 5.3.5 外载荷的施加 5.3.6 内载荷的施加 5.4 计算结果分析 5.4.1 温度场结果分析 5.4.2 结构应力分析 5.4.3 管道应力分布 5.4.4 结构变化对应力的影响 5.5 本章小结结论参考文献致谢
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 毛磊
导师: 崔洪斌,纪运广
关键词: 炉底管道,应力,流体传热,仿真分析,流热固耦合,耐热滑块
来源: 河北科技大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 力学,金属学及金属工艺
单位: 河北科技大学
分类号: TG155.1;O353.4
DOI: 10.27107/d.cnki.ghbku.2019.000445
总页数: 76
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标签：炉底管道论文; 应力论文; 流体传热论文; 仿真分析论文; 流热固耦合论文; 耐热滑块论文;
