化工学报 ›› 2019, Vol. 70 ›› Issue (12): 4608-4616.DOI: 10.11949/0438-1157.20190422
收稿日期:
2019-04-23
修回日期:
2019-09-18
出版日期:
2019-12-05
发布日期:
2019-12-05
通讯作者:
陈强
作者简介:
杨海东(1973—),男,博士,教授,基金资助:
Haidong YANG(),Qiang CHEN(),Kangkang XU,Chengjiu ZHU
Received:
2019-04-23
Revised:
2019-09-18
Online:
2019-12-05
Published:
2019-12-05
Contact:
Qiang CHEN
摘要:
蓄热室是马蹄焰玻璃窑余热回收、能源循环再利用的重要设备,它对于降低玻璃窑炉整体能耗有着重要的作用。热效率低的蓄热室不但会造成大量的能源浪费,还可能会减少玻璃窑炉的使用寿命,提高蓄热室的热效率已经成为了玻璃产业亟待解决的问题。为了研究蓄热室参数对热效率的影响规律,首先运用计算流体力学理论和多孔介质模型建立了蓄热室的数值仿真模型,然后结合热平衡分析和气体热力学性质变化规律,建立蓄热室热效率模型,最后运用Fluent对不同参数下蓄热室内部温度场与速度场进行仿真,同时从温度场中采集热效率计算数据并分析各参数对蓄热室热效率的影响规律。结果表明:在保证燃料燃烧充分的前提下,减小助燃空气进口速度、格子体孔隙率、格子砖当量直径有利于增大空气与格子体的传热量,提高蓄热室的热效率,而烟道口进口面积在0.9~1 m2时蓄热室的热效率较高。
中图分类号:
杨海东, 陈强, 徐康康, 朱成就. 基于数值模拟的马蹄焰玻璃窑蓄热室热效率研究[J]. 化工学报, 2019, 70(12): 4608-4616.
Haidong YANG, Qiang CHEN, Kangkang XU, Chengjiu ZHU. Thermal efficiency research of regenerator for horseshoe flame glass furnace based on numerical simulation[J]. CIESC Journal, 2019, 70(12): 4608-4616.
能源输入 | 能源输出 | ||||
---|---|---|---|---|---|
序号 | 名称 | 符号 | 序号 | 名称 | 符号 |
1 | 烟气供应的热量 | Q g , in | 1 | 助燃空气带走的热量 | Q a , out |
2 | 漏入空气带入热量 | Q a ,l | 2 | 烟气带走热量 | Q g , out |
3 | 助燃空气带入的热量 | Q a , in | 3 | 墙壁及格子体的热损失 | Q loss |
表1 蓄热室热平衡
Table 1 Heat balance of regenerator
能源输入 | 能源输出 | ||||
---|---|---|---|---|---|
序号 | 名称 | 符号 | 序号 | 名称 | 符号 |
1 | 烟气供应的热量 | Q g , in | 1 | 助燃空气带走的热量 | Q a , out |
2 | 漏入空气带入热量 | Q a ,l | 2 | 烟气带走热量 | Q g , out |
3 | 助燃空气带入的热量 | Q a , in | 3 | 墙壁及格子体的热损失 | Q loss |
项目 | α 1 | α 2 | α 3 | α 4 |
---|---|---|---|---|
助燃空气 | 969.1724 | 0.06781 | 0.0001656 | -0.000000067797 |
烟气 | 1042 | 0.2333 | 0.0033 | -0.000001224 |
表2 蓄热室内部流体比热容系数值
Table 2 Specific heat capacity coefficient of fluid in regenerator
项目 | α 1 | α 2 | α 3 | α 4 |
---|---|---|---|---|
助燃空气 | 969.1724 | 0.06781 | 0.0001656 | -0.000000067797 |
烟气 | 1042 | 0.2333 | 0.0033 | -0.000001224 |
项目 | 进口边界 | 出口边界 | 初始速度/(m/s) | 初始温度/K | 水力直径/mm |
---|---|---|---|---|---|
冷却期 | 烟道口 | 小炉口 | 3.2 | 300 | 140000 |
加热期 | 小炉口 | 烟道口 | 11.5 | 1710 | 75000 |
表3 边界条件设定
Table 3 Boundary condition setting
项目 | 进口边界 | 出口边界 | 初始速度/(m/s) | 初始温度/K | 水力直径/mm |
---|---|---|---|---|---|
冷却期 | 烟道口 | 小炉口 | 3.2 | 300 | 140000 |
加热期 | 小炉口 | 烟道口 | 11.5 | 1710 | 75000 |
高度/m | 助燃空气 | 烟气 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
计算值/K | 测量值/K | 相对误差/% | 计算值/K | 测量值/K | 相对误差/% | |
0 | 314.05 | 336.283 | 7.08 | 649.819 | 627.215 | 3.48 |
0.932 | 318.285 | 342.166 | 7.50 | 653.8342 | 632.03 | 3.33 |
1.431 | 369.7688 | 371.637 | 0.51 | 660.0112 | 640.212 | 3.00 |
2.929 | 593.2917 | 551.148 | 7.10 | 755.037 | 707.28 | 6.33 |
3.234 | 639.9325 | 604.107 | 5.60 | 795.2333 | 752.325 | 5.40 |
4.733 | 886.6022 | 883.041 | 0.40 | 1011.036 | 952.545 | 5.79 |
6.236 | 1106.313 | 1110.06 | 0.34 | 1210.864 | 1167.8 | 3.56 |
7.733 | 1320.603 | 1379.47 | 4.46 | 1416.951 | 1506.77 | 6.34 |
8.928 | 1475.839 | 1501.65 | 1.75 | 1576.296 | 1684.96 | 6.89 |
11.433 | 1523.976 | 1597.29 | 4.81 | 1665.53 | 1747.66 | 4.93 |
表4 截面平均温度验证
Table 4 Average temperature validation
高度/m | 助燃空气 | 烟气 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
计算值/K | 测量值/K | 相对误差/% | 计算值/K | 测量值/K | 相对误差/% | |
0 | 314.05 | 336.283 | 7.08 | 649.819 | 627.215 | 3.48 |
0.932 | 318.285 | 342.166 | 7.50 | 653.8342 | 632.03 | 3.33 |
1.431 | 369.7688 | 371.637 | 0.51 | 660.0112 | 640.212 | 3.00 |
2.929 | 593.2917 | 551.148 | 7.10 | 755.037 | 707.28 | 6.33 |
3.234 | 639.9325 | 604.107 | 5.60 | 795.2333 | 752.325 | 5.40 |
4.733 | 886.6022 | 883.041 | 0.40 | 1011.036 | 952.545 | 5.79 |
6.236 | 1106.313 | 1110.06 | 0.34 | 1210.864 | 1167.8 | 3.56 |
7.733 | 1320.603 | 1379.47 | 4.46 | 1416.951 | 1506.77 | 6.34 |
8.928 | 1475.839 | 1501.65 | 1.75 | 1576.296 | 1684.96 | 6.89 |
11.433 | 1523.976 | 1597.29 | 4.81 | 1665.53 | 1747.66 | 4.93 |
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