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催化—高辐射壁促进高炉煤气高效燃烧的研究

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目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2课题背景

1.2.1高炉煤气及其主要特性

1.2.2高炉煤气的强化燃烧

1.2.3强化燃烧的动力学简析

1.2.4高炉煤气的应用

1.3本文所做的主要工作

1.4本课题研究的必要性

1.5本章小结

第二章催化燃烧体系与高辐射壁面的比较

2.1 CO催化燃烧

2.1.1催化燃烧技术

2.1.2催化燃烧的特点及分类

2.1.3催化燃烧体系组成

2.2催化燃烧过程分析

2.2.1物理化学过程

2.2.2催化燃烧的过程

2.2.3体系对催化燃烧影响

2.2.4表面催化燃烧的辐射机理及其利用

2.3高辐射壁面

2.3.1传热学简析

2.3.2高炉煤气的火焰辐射及其利用

2.4分析比较

2.5本章小节

第三章燃烧数值模拟

3.1物理模型

3.2控制方程及数学模型

3.2.1基本控制方程

3.2.2气流湍流模型

3.2.3湍流燃烧模型

3.2.4辐射模型

3.3边界条件

3.3.1入口边界条件

3.3.2出口边界条件

3.3.3壁面条件

3.4小结

第四章模拟求解及其结论分析

4.1计算区域及条件

4.1.1计算区域

4.1.2计算条件

4.2控制方程的离散化

4.2.1有限差分法(The Finite Difference Method)

4.2.2有限元方法(The Finite Element Method)

4.2.3有限体积法(The Finite Element Method)

4.3.FLUENT软件求解

4.3.1 SIMPLE算法

4.3.2差分方程组的解法

4.3.3收敛标准

4.3.4松弛因子

4.4模拟计算结果及分析

4.4.1计算结果

4.4.2结果分析

4.5本章小结

第五章高辐射壁强化辐射换热实验研究

5.1强化辐射传热实验研究

5.1.1 高辐射涂层制备

5.1.2.实验测试

5.2测试结果

5.2.1不同试样和炉温的升温测试曲线

5.2.2辐射传热强化性能分析

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录

致谢

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摘要

高炉煤气是钢铁企业重要的二次能源,随着现代炼铁技术的发展,其热值呈降低趋势,增加了其利用的难度,为充分利用低热值的高炉煤气资源,有必要进一步探索高炉煤气的高效燃烧问题。 催化燃烧是一种高效清洁的燃烧技术,其燃烧过程实质上是催化活性基质材料的表面引发均相反应。在这一过程中,催化反应提供了热表面。基于此机理,对CO催化燃烧进行了分析,并在高炉煤气燃烧中引入热表面——高辐射壁,它通过高效吸收火焰的热辐射形成热表面,进而实现其高效燃烧。与催化燃烧相比,高辐射壁起到了降低对高炉煤气品质要求的作用。 本研究从数值模拟和实验两方面展开。在数值模拟过程中,建立二维套筒式燃烧器模型,应用FLUENT软件,计算了炉膛壁面在不同辐射率条件下高炉煤气燃烧特性,并对炉膛内温度分布进行了分析,讨论了高辐射壁对高炉煤气燃烧的影响。计算结果表明:高辐射壁的存在,强化了热交换,提高了炉内温度,有利于高炉煤气的高效燃烧;另外,高辐射壁面的辐射率应该与跟燃烧体系相匹配。通过温度对比测试,实验研究了高辐射壁的强化换热作用。结果表明,高辐射壁强化了辐射换热,提高综合热效率,与模拟计算结果一致。

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