PDF《天然气加热炉结构 及 其传 热特性分析》

1 结构及工作过 程 天然气加热炉的外观结构为卧式金属 圆筒体 , 内设火筒 、 烟管及盘管 , 通过 中间载热介质来传递热 收稿 日期 :

2 0

0 8―0 4―1

1 基金项 目: 上海市重点学科建设资助项 目( P

1 4

0 1 ) ;

上海市科委重大科技资助项 目(

0 4

3 0

1 2

0 1

3 ) 作者简 介:郭韵(1977一) , 女,讲师 . E . ma i l : g r a c e g u o

1 9

7 6 @

1 2

6 . c o r n 工作 单位 : 上海 工 程技 术大 学 机械 工程学 院,上海

2 0

1 6

2 0 上海理工大学学报2009年 第31卷量,如图

1 所示

1 3

1 4 图1天然 气加热炉 结构 示意 图Fi g .

1 S c he m e o f n a t ur a l g a s he a t e r

1 . 烟囱

2 . 前烟箱

3 . 烟气 出口

4 . 盘管

5 . 火筒 、 烟管

6 . 载热介质

7 . 温度计

8 . 温度传感器

9 . 液位计

1 0 . 液位传感器 l

1 . 压力表

1 2 . 膨胀箱

1 3 . 天燃气进 口14.天然气出 口 天然气加热炉的工作过程为 , 燃料燃烧产生 的 热量经过火筒和烟管传递给中间载热介质, 中间载 热介质再加热盘管 内的天然气 . 在整个传热过程 中, 中间载热介质与火筒、 烟管及盘管 的传热形式为 自 然对流涣热 , 而产生 自然对流换热 的根本原 因是不 均匀的温度场造成了不均匀 的密度场 , 由此产生的 浮升力成为运动的动力 . 所以, 对 中间载热介质在筒 体内的温度分布及流动 的研究是天然气加热炉筒体 内传热理论的重要环节 .

2 自然对流分析 圆筒体中自然对流的研究是传热学中的经典课 题之一 . 圆筒体按 内圆在筒体 内布置形式 的不 同可 分为同心圆筒体 、 最大偏心圆筒体及偏心圆筒体

3 种结构形式 , 在研究 圆筒体内自然对流换热时, 因内 圆布置位置的不 同会采用不 同的坐标系来进行研 究,如极坐标 、 正切圆坐标和双极坐标等I _

2 叫] .

2 .

1 基本方程的建立

2 .

1 .

1 假设条件 为了研究方便 , 将偏心圆筒体 内介质的物性作 为定值 , 按定物性模型处理 , 并假设 : a . 偏心 圆筒体 内介质的流动是二维流动;

b .介质黏性耗散产生的 耗散 热可以忽略不计 ;

C .介质采用 B o u s s i n e s q近似,在动量方程 和能量方 程中, 除 了浮力 项 的密度 外, 其余各项的密度均作为不可压缩的常物性处理.

2 .

1 .

2 坐标系的选择 由于在直角坐标系下偏心圆筒体的几何形状是 不规则的, 为了使边界条件简化 , 引入双极坐标系 . 将不规则的偏心区域化为规则 的矩形区域, 从 而简 化流场的几何条件 . 双极坐标系是一种正交曲线坐 标系, 和 为双极坐标系下 的坐标分量 , 从 0到

2 7 c , 叩从 一∞到+o . ;

可以覆盖全平面;

e为偏心距 , 即两 圆圆心的距离 , 如图 2所示 . =

0 、、\ 、 : . \ \ O X 图2坐标 系转换简 图Fi g .

2 Sc h e ma t i c o f c o o r d i n a t e s t r a n s f o r ma t i o n 双极坐标和直角坐标的转换关系[ 为=― cs i n , Y : c s i n hG c o s h C O S (

1 ) ― ― ― ― ― ― ― ― ― , : ― ― ― ― ― ― ― L l 叩~cOs n叩一cOs々 式中, C 为双极坐标参数 . 经过双极坐标变化后 , 将不规则的偏心 圆区域 化为了规则 的矩形区域 , 如图2所示. 从而大大简化 了流场的几何条件, 为求解圆筒体 内加热元件偏心 布置时介质的流动和温度分布提供了有利条件.