Математическое моделирование газодинамики и теплообмена при нагреве заготовок

Математическое моделирование газодинамики и теплообмена при нагреве заготовок различного сечения в печи ВТН Ст. Коновалова М. , Белоусова А. В. , Зырянов М. (ЭТ-08 -1/2) Под руководством проф. Арутюнова В. А.

Постановка задачи • • • Геометрия, исх данные Свойства материалов Нужна красивая моделька с 3 заготовками Исходные данные • Т навходе 1=973 К Т на входе 2=1273 К Т 0 заготовки=293 К Т на поверхности кладки=308 К Материал заготовки – сталь • Материал кладки – доломит • •

Допущения - рассматривается двумерная геометрия (условия вдоль заготовки считаются однородными); • - кинетика горения топлива не рассматривается (предполагается, что в печь из горелочного устройства поступают продукты сгорания (идеальный газ), содержащие 13 % СО 2 и 11% Н 2 О); • - теплообмен излучением не учитывается (рассматривается • только конвективный теплообмен);

Математическая постановка задачи Уравнение неразрывности Уравнение движения Уравнение энергии уравнением Навье-Стокса для двух координат (х-у), Описываемая система уравнений дополнена уравнениями переноса субстанции для кинетической энергии турбулентности k и скорости ее диссипации (эпсилон), поскольку используется стандартная k-e модель турбулентности.

начальные и граничные условия

Результаты расчета Вектор скорости в рабочем пространстве через 10 мин нагрева выводы вст ли все?

Температура в рабочем пространстве (включая кладку) в сечении горелки через 10 минут нагрева 7 973 - 1273

Или не надо сюда? • • • Выявлено, что близи поверхности круглой заготовки возникают две локальные зоны циркуляции продуктов сгорания, в которых значительно ниже скорость и температура газа. В связи с этим, на поверхности заготовки вблизи этих зон наблюдаются минимальные значения плотности теплового потока и температуры. В диаметрально противоположных областях на поверхности заготовки значения плотности теплового потока и температуры имеют максимальные значения. Вблизи поверхности квадратной заготовки тоже образуются две зоны циркуляции: вблизи нижней части левой боковой поверхности и вторая, меньшая по размеру, в верхней части правой боковой поверхности. Противоположные углы заготовки (левый верхний и правый нижний) имеют температуру больше, чем температура образующих их поверхностей. У пластины вблизи нижней ее поверхности над горелочным устройством возникает малая по размеру зона циркуляции. Вблизи верхней поверхности зона циркуляции существенно больше и она смещена в противоположную от горелки сторону. Именно в этом месте наблюдается минимум температуры поверхности заготовки. Максимум значения температуры – в левом нижнем углу заготовки.

Возможности усовершенствования модели: • Для более детального изучения рассматриваемой задачи необходимо учитывать теплообмен излучением, поскольку при таких температурах излучение играет существенную роль. FLUENT имеет несколько моделей радиационного теплообмена в большей или меньшей степени подходящих для разных типов задач. Возможно рассматривать подачу газо-воздушной смеси на горение, а не продуктов сгорания, как это рассматривалось в данной модели. Так же FLUENT позволяет рассчитывать горение с полным или частичным предварительным смешением, и без смешения. • Для дальнейшего усовершенствование модели необходимо моделирование трехмерной задачи. • Для повышения точности решения необходимо задавать большее количество температурных интервалов, в пределах которых меняются теплофизические свойства, как продуктов сгорания, так и стали. Зависимость теплоемкости и теплопроводности огнеупорных материалов от температуры в действительности имеют линейный вид, и для их описания достаточно двух значений.

Применение ПВК FLUENT • Точность расчета и широкий набор моделей позволяют использовать FLUENT при исследовании технологических процессов, проектировании теплового технологического оборудования в промышленности. • Использование пакета FLUENT для разработки математических моделей сложных промышленных процессов широко распространено в практике зарубежных исследователей. • Актуально использование данного комплекса в образовательнопедагогической практике для подготовки специалистов и магистров, изучающих явления теплофизических процессов. Нужно ли?

Спасибо за внимание!