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熔铝炉是铝加工生产中重要的加热设备,同时也是主要的耗能设备。炉膛是燃料燃烧的区域,其保证炉内有较高的温度、一定的空间和时间使燃料燃烧迅速充分,从而有效地提高对所熔铸铝料的传热量,节约燃料;而熔铝炉的结构、形状对炉内燃烧又有较大的影响。通过分析国内外铝工业炉的数值模拟现状,采用数值模拟方法,对炉膛内的速度场和温度场进行分析,同时对影响炉膛高度的因素进行仿真研究,从而确定新的炉膛高度。
主要研究内容和结论为:
(1)计算得到固液掺混的炉料完全熔化所需要的时间为126分钟,并以此作为后面仿真工作的初始时刻;将熔铝炉的多层复合耐火材料炉衬假设成标准规格的高铝砖,经计算炉顶的厚度为0.52m,侧面炉墙的厚度为0.455m,炉门处的炉衬厚度为0.325m。
(2)分析熔铝炉工作时的传热基本过程,以60吨液压倾动式熔铝炉为对象建立数学模型,采用标准双方程模型计算湍流流动,混合分数概率密度函数(PDF)模型模拟气相燃烧,离散坐标辐射(DO)模型计算炉内辐射换热,对炉膛的热工过程进行数值模拟,并着重分析炉膛高度的影响。
(3)通过数值模拟手段对炉膛高度进行研究,分析在高速工况下不同的结构参数对炉内速度场和温度场的影响,得出了最佳炉膛高度为1.605m。