基于商業(yè)軟件FLUENT，采用RNGRNG模型和非預(yù)混燃燒模型，建立了煙氣回流W型輻射管燃燒器的燃燒和傳熱三維數(shù)學(xué)模型，模擬輻射管內(nèi)的湍流和燃燒狀態(tài)，獲得出口NOx排放的計算結(jié)果；通過與相應(yīng)實驗數(shù)據(jù)的比較，驗證了該模型的可靠性。分析了輻射管內(nèi)流體流動、傳熱和燃燒的特點，研究了氣體流量和空氣預(yù)熱溫度對輻射管使用性能的影響；結(jié)果表明，氣體流量的增加會增加輻射管壁溫度的不均勻性，熱溫度則相反；兩者與輻射管的加熱 能力呈正相關(guān)，但都會增加出口煙氣中的NOx含量。
      為解決W型輻射管換熱器排煙溫度高的問題，設(shè)計了三種改進(jìn)換熱器性能的結(jié)構(gòu)，采用ANSYS FLUENT軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得了煙氣出口溫度、空氣預(yù)熱溫度、壓力損失等不同結(jié)構(gòu)換熱器的性能參數(shù)，每個換熱面的換熱量和折流板的熱阻變化。結(jié)果表明，中m細(xì)管后，換熱量增加百分之57.6，增加煙氣雙行程后換熱量增加百分之20.7。增加密封折流板和多孔折流板后，換熱量分別增加百分之5.7和百分之5.3。
      W型輻射管燃燒器建立了數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值模擬方法研究了燃燒器的熱特性，得出了輻射管輸入功率、空燃比、爐溫、空氣入口溫度等燃燒參數(shù)對輻射管熱特性的影響。結(jié)果表明，輸入功率的增加將導(dǎo)致輻射管表面溫度均勻性、熱效率、化學(xué)測量比附近的空燃比達(dá)到很大值，提高爐溫和空氣預(yù)熱溫度對輻射管熱特性的影響。本文的研究結(jié)果可以為W型輻射管燃燒器的設(shè)計和實際操作提供技術(shù)支持。
      我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐漸進(jìn)入新常態(tài)，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展環(huán)境正在發(fā)生重大變化。優(yōu) 質(zhì)鋼材將逐漸成為鋼鐵行業(yè)的主流，冷軋鋼材屬于鋼材中的優(yōu) 質(zhì)產(chǎn)品。冷軋鋼材的退火處理是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。輻射管廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、熱電行業(yè)的退火爐、加熱爐等工業(yè)加熱裝置。其長期使用過程中的安 全穩(wěn)定性是保證整體設(shè)備安 全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行的重要因素。如果輻射管在使用過程中過早發(fā)生嚴(yán)重變形或破裂，會對其功能和產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。本課題介紹了首鋼京唐冷軋廠連續(xù)退火爐W型輻射管的變形開裂情況，并從輻射管的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了研究和優(yōu)化設(shè)計，以保證輻射管的使用壽命。對優(yōu)化的輻射管進(jìn)行模擬和比較，結(jié)果表明，優(yōu)化的輻射管在高溫下的應(yīng)力和應(yīng)變分布得到了很大的改 善。本文利用計算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)分析了輻射管損壞的原因，設(shè)計了合理的輻射管結(jié)構(gòu)模式，為實際應(yīng)用中輻射管結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方向提供了參考。