步进梁式加热炉汽化冷却系统的热交换研究

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringStudyonHeatTransferofEvaporatedCoolingSystemforWalkingBeamFurnaceM.E.Candidate：LUODingMajor：MechanicalEngineeringSupervisor：Prof.JINXiaohongWuhanUniversityofScience

2、andTechnologyWuhan，Hubei430081，P.R.ChinaMay，2015摘要步进梁式加热炉汽化冷却技术因其高效节能的优点被许多大型钢厂所采用。本文以某热轧厂步进梁式加热炉的汽化冷却系统为研究对象，结合传热学和流体动力学计算及相关理论，采用数值模拟方法，利用专业分析软件对步进梁内流场流动及传热和步进梁在流体冷却过程中的共轭传热进行模拟仿真，掌握主要冷却部件内流体运动过程及步进梁的温度分布规律，为汽化冷却系统中步进梁的维护与保养提供有实用价值的参考和理论指导。主要做了如下工作：（1）通过

3、了解汽化冷却系统工作原理和主要装置，对步进梁及其冷却介质进行传热分析，完成汽化冷却系统中主要冷却部件的热参数计算。（2）根据步进梁的结构建立流体仿真模型，用ICEM软件对其进行网格划分，利用FLUENT软件对均匀热流载荷作用下的单个步进梁内流场进行仿真分析，分析整个步进梁内流体运动规律和流体温度分布。（3）考虑在均温为1300°C的加热炉内，立柱管在无水垢和有均匀水垢层两种情况下的流体冷却过程中的共轭传热问题。建立耐火材料、冷却管道和冷却介质、水垢的三维耦合模型。采用单向直接耦合分析法，使用CFX商业软件对

4、立柱管中流体流动传热及冷却管耦合换热过程进行数值模拟。仿真结果表明：水垢对立柱管道的温度影响很明显。由于水垢的导热系数小，水垢内外侧温差随水垢厚度增大而增大，管壁金属温度也随之升高。当水垢达到一定厚度时，会使管壁温度超过限定值，造成炉管过热损坏。关键词：汽化冷却；步进梁式加热炉；热流固耦合；共轭传热；数值模拟IAbstractEvaporatedcoolingsystemiswidelyusedbymanylargesteelmillsbecauseofitshighefficiencyandenergys

5、aving.Inthispaper,evaporatedcoolingsystemforwalkingbeamfurnaceinahotstripmillwastheresearchobject.Basedonheattransfertheory,fluiddynamicsandotherrelatedtheories,theflowfieldflowandheattransfer,andconjugateheattransferintheprocessofcoolingfluidforwalkingbea

6、mweresimulatedbyusingnumericalsimulationmethodandprofessionalanalysissoftware.Fluidmotionprocessandtemperaturedistributionregularityofwalkingbeamwereobtainedandcarefullyanalyzedinordertoprovideusefulreferenceandtheoreticalguidanceforthemaintenanceofevapora

7、tedcoolingsystemofwalking-beam.Detailworkdoneinthispaperwasasfollows:(1)Byanalyzingevaporatedcoolingsystem’workingprincipleandmaindevices,heattransferanalysiswascarriedoutonthewalkingbeamandcoolingmedium,thermalparametersofthemaincoolingpartsofevaporatedco

8、olingsystemwerecalculated.(2)Accordingtothestructureofthewalkingbeam,fluidsimulationmodelwassetupandmappedmeshingwascarriedoutbyusingICEM.TouseFLUENTtomakesimulationanalysisforasingleflowfieldinwalkingbeamund