坩埚式熔化保持炉温度场及容积热负荷的数值研究

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铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一,在建筑、航空、汽车、集装箱运输、日常用品、家用电器、机械设备等领域都大量使用铝及铝合金。与之相关的熔铝炉成为必不可少的熔炼设备。尽管铝的熔点较低,但是铝的熔化潜热和比热容大,熔铝所需的能耗较高。因此,提高熔铝炉热效率,减少能源消耗,降低污染物和温室气体的排放是实现国家能源战略目标的具体举措之一。  炉膛要保证有足够的燃烧空间,这决定于完全燃烧的容积热负荷,在其他条件一定的情况下,供热负荷BQydw的大小,代表向炉子供热量的多少,当炉膛体积和燃料发热量不变时,燃料消耗量B决定了炉子容积热负荷的大小。炉膛容积热负荷的大小反映燃料气流通过炉膛的时间长短,假如qv取的太大,意味着气流通过炉膛的时间缩短,导致不完全损失增大。但是,假如qv取的太小,炉膛体积增大,增加了炉子制造成本和散热损失,还可能使炉膛内炉气的充满度差,不利于坩埚的传热。因此,qv应有一个较为合理的范围值,设计时在此范围内取一个较为合理qv值,既能提高熔铝炉的热效率,减少能源消耗,又能使制造成本达到最低。  本文的研究对象是260kg/h坩埚式熔化保持炉和100kg/h坩埚式熔化保持炉。该类型炉子广泛用于铝及铝合金的熔化和保持,炉内气体流场及温度场分布情况将直接影响被加热的坩埚和坩埚内铝及铝合金的熔化保持。通过改变炉膛燃烧量的大小,对炉内的温度场及流场分布情况进行了分析研究,判定燃烧量上下限,并代入公式计算出容积热负荷的合理范围值。本文参照实际炉型,按1∶1比例首先利用AutoCAD制图软件建立三维数学模型;然后使用Gambit软件进行网格划分;再使用Fluent软件计算求解;最后使用Origin软件将数值模拟得到的计算结果进行了后处理。本文模拟的结果对于同类炉型炉膛设计具有一定的指导价值,为其实际运行提供了有益的参考价值。
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