圓形蓄熱式熔鋁爐內多場耦合數值模擬及優(yōu)化.pdf

1、熔鋁爐是鋁熔鑄過程的關鍵設備,其熔煉過程也是鋁加工過程中能耗較大的環(huán)節(jié),而爐內速度與溫度分布對熔鋁爐能耗及產品質量有重要影響,因此,通過數值模擬的方法全面了解熔鋁爐內熱工過程,對熔鋁爐的節(jié)能研究及優(yōu)化設計具有重要指導意義。
　　 本研究以圓形蓄熱式熔鋁爐為研究對象,針對熔鋁爐的運行特點,應用標準k-ε湍流模型、組分傳輸模型、P-1輻射模型、處理鋁熔化潛熱的等效比熱法,實現了熔鋁爐內非穩(wěn)態(tài)多場耦合數值模擬。以縮短熔化時間為目標,基

2、于正交試驗設計方案對影響熔鋁爐熱工過程的5個參數進行了數值模擬及優(yōu)化研究,并得到相應參數的優(yōu)化值。本文主要結論如下:
　　 (1)通過實際生產工況下熔鋁爐內煙氣及鋁料溫度的數值模擬結果與測試值比較,驗證了數學物理模型的可靠性。
　　 (2)設計工況下爐內主流氣體速度較大,傾斜沖擊鋁料表面;爐內形成循環(huán)氣流,有利于增強爐內換熱。
　　 (3)設計工況下爐內最高燃燒溫度達2490K,火焰能到達鋁料表面,有利于增強與鋁

3、料的換熱;鋁料溫度在同一水平高度分布較為均勻,兩燒嘴夾角位置溫度較低,而扒渣坡處鋁料溫度較高,易產生燒損。
　　 (4)設計工況下爐膛平均溫度隨加熱時間上升較為平緩,溫度在1400K～1500K范圍內;鋁料平均溫度在前2.5小時升溫較快,隨后由于熔化吸熱升溫速率逐漸減小;鋁料溫度相對標準差隨加熱時間呈先增大后減小、再增大的變化規(guī)律,最大相對標準差為10.9％,出現在加熱開始后1小時左右。
　　 (5)對燒嘴高度、燒嘴傾角