钢管再加热炉炉内温度场和流场分布数值模拟

１ 数学模型及计算方 法
再加热炉从装 料至 出料沿 炉长方 向分为 预热段 、加
Ｍｏ ｅ）辐 射模 型 ，压力和速度的橘合 采用 ＳＭＰ Ｅ 算 ｄ１ Ｉ Ｌ
法，动量方程 和后 ，ｓ方程 均采用一阶迎风格式进行对流
项 的离散 。 模拟计算使 用的湍 流控 制方程 如下［ ］ 。 ｑ
很大程度上 影响到 生产的顺 利进行 、产 品质量 的提 高及 消耗 的下降 。通过 试验研究 炉 内温度 ，流场等分布 耗资
炉 内传热 以对流换 热和辐射换 热为主 ，采用 以下数
学模型进行计算 。
大 ，时间长，而通 过数值模 拟却能很 好地 解决试验 存在 的不 足，改善炉 内温度场， 流场等分布 ，为优化炉 型结
（ ｅ ｉｇＳ ｅ ｗ ｈ ｒ ｌ ｎｒｙＴ ｃｎ ｌｇ ｏ Ｌｄ，Ｂ ｉｎ ０ ２ ０ ｈｎ ） Ｂ ｉｎ ｈ ｎ ｕＴ ｅｍａ Ｅ ｅｇ ｈ ｈ ｏｏ ｙＣ ． ｔ． ｅ ｉｇ １２ ０ ，Ｃ ｉａ ｊ ｊ
Ａｂｓ ｒ ｃ ｔ ａ ｔ： Ｂｙ ｕ ｉ ｌ ｅｓｍ ｕｌｔｏ ｓ ｆｗａ ｅｃ ｌｅ ｕｅ ｔ ｓｎｇｖａ ｕ ｉ ａ ｉｎ ｏ ｔ ｒ ａ ｌｄ ｆ ｎ ，ｎｕｍ ｅ ｉａｌ ｉ ｕ ａｅｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｎｄｆｏ ｆｅｌ ｎ ｔｅｌｕｂ ｅ ｅａｉ ｇｆ ｎ ａ ｅ ｌ ｒｃ ｍ ｌ ｔ ｅ ｅ ａ ｕ ｅａ ｗ ｄｏｆｏ ｅｓｅ ｅｒ ｈ ｔｎ ｕｒ ｃ ｓ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｍ ｅｃ ｍ ｐａ ｙ，ｗ ｅｃ ｎｏｂ ａｎ ｔ ｅ ｕｌｒｔｅ ｆｄｉｔｉ ｕｔｏ ｈｅｔ ｐ ｒ ｔ ｒ ｎｄｆｏ ｆｅ ｄ．Ｔｈｅｒ ｓ ｔ ｈｅｃ ｌｕｌｔｏｎｓ ａ ｌ ｏ ｄ ｎ ｎｓ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｈｅｒ ｇ ａ ｉｉｓｏ ｓｒｂ ｉ ｎ ｔ ｅｍ ｅ ａ ｕ ｅａ ｗ ｌ ｌ ｉ ｅ ｕｌｓｏｆｔ ａｃ ａ ｉ ｈ ｌ ｖｉｅ ｆ ｅ ｐｒ ｉ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｕ ｔ ｅ ｍ ｐｒ ｍ ｅ ｔｕｃｕｒ ｅ ｏ ｉ ｉａ ｉ ｎ ｏｆｔ ｕｒ ａ ｅ． ｅ ｅ ｅ ｃ ｓｆ ｒｆ ｒｈ ｒｉ ｏｖｅ ｎｔｏｆｔ ｓｒ ｔ ｅｒ — ｐｔｍ ｚ ｔｏ ｆ ｎ ｃ ｈｅ ｈｅ
向温度分布均匀 。 因此可沿 炉 长方 向，在 炉体 中线处截 取一 个平 面 ，
针对这 个平面进行 二 维数值模 拟， ： 可近似模 拟炉 内情况 。 模型重点 研究 满载钢 管运行 时炉 内的温 度场 和流场分布
情况 。
求高， １ ７ ３～ １ ２ ２ ３Ｋ才能正常生产 ；钢 管加热温度不 ３ 均 匀，导致钢管入 炉后容易 弯 曲。以上 问题 的出现，在
雾＋ ＝ 亘 。
Ｋｅ ｒ ｓ ｔ ｂ ｅ ｅ ｔ ｇ ｆ ｒ ａ ｅ ｕ ｒｃ ｌ ｉ ｌｔ ｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｆ ｌ ；ｆ ｗ ｅ ｄ ｙｗｏ ｄ ： ｕ ｅｒ ｈ ａ ｉ ｕ ｃ ；ｎ ｍｅ ｉ ａ ｓｍｕ ａｉ ；ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅｄ ｌ ｎ ｎ ｏ ｉ ｏ ｆ ｌ ｉ
钢管再加热炉 位于连 轧机 后，张力 减径机前 ，是 无 缝钢 管生产线上 重要 的热工设备 ，其主 要作用 是对 连轧 后 的钢 管进行再 加热 ，以保证钢 管达到 张减工序所 需 的
串 热 备 加 设
ＤＯ ： １ ． ６／ ｓｎ ０ ２１ ３ ． １．３０ ２ Ｉ ０３ ９ ．ｉ ．１０ —６ ９２ ０ ．１ ９ ｊ ｓ ０ ０
工 加 ３ ２０第 期 业 热第９ ０年 ３ 卷１
钢 管再 加热炉炉 内温度 场和流 场分布数值 模拟
吴 成 涛
（ 北京神雾热能 技术有限公司，北京 １２ ０ ） ０ ２０
１ ）连续性方程 （ ｓ ｃｎｅｖｔ ｎ ｑ ａ ｏ ） ｍａｓ ｏ ｓｒａ ｏ ｕｔ ｎ ｉ ｅ ｉ
一
热段 和均热 段 。 管在炉 内受 到炉气对 它 的对 流和 辐射 钢
传 热 。 对再加 热炉 内钢管 温度场 建模 时，做 如下 假设 在 和简 化 ：
（ ）考 虑到钢管在 步进 的同时实现 自动滚翻 ，故可 １
ＴｈｅＮ ｕｍ ｅ ｉ ａ ｍ ｕｌ ｔｏ ｆＴｅｍ ｐｅ ａｔ ｅ Ｆｌ ｒ ｃ ｌＳｉ ａｉｎ ｏ ｒ ｕｒ ， ｏｗ ｅ ｄ ａ ｌ ｉｙ Ｖｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｂｅＲｅ ａｔｎｇ ｉ ｆ ｌ ｎｄ Ｖｅｏｃｔ ｃ ｏｒｉ Ｓ ｅ ｌ Ｔｕ ｈｅ ｉ Ｆｕｒ ｃ ｎａ ｅ Ｗ Ｕ ｅｎ ａ Ｃｈ ｇｔｏ
温度 水平 ，而且 要求 被加 热钢 管的表 面不 能氧 化起泡 ， 加热 均匀 。 目前再 加热炉 生产使用 中存 在 的主 要 问题 ：炉温要
ຫໍສະໝຸດ Baidu
（ ）假设该炉 煤气燃烧 流动 与传热 是处于正常工作 ４
状态下 的稳态过程 。
（ ）由于烧嘴沿 炉宽方 向布置 假 ＝模 型沿炉宽方 ５ ＝ 乏
构提供 了重要 的参考数据 ｌ。 １ ］
数学模型Ｌ 湍流计算采用标 准ｋ ￡ ｝ １ ～ 湍流双方程模型 ， 气栩燃烧采用非预混 Ｐ Ｆ 率分布函数的输运方程模型 ， Ｄ 几 辐射换热计算采用 Ｄ （ ｈ ｓｒ ｅＯ ｄ ａ ｓ ａ ｉ ｉ Ｏ Ｔ ｅ ｃｅ ｒｉ ｔ ｄａ ｏ Ｄｉ ｔ ｎ ｅ Ｒ ｔｎ
摘要 ：以某公司钢管再加热炉为研究对象 ，运用 Ｆｕ ｎ 数值仿真软件对钢 管再加热炉内温度场和流场进行 了数 ｌｅｔ 值模 拟，获得该加热炉 的温度场 和流场的分布 图。计算结果 为优化炉 型结 构提 供了参考依据。 关键词 ：钢管再加热炉 ；数值模 拟 ；温度场 ；流场
中 图 分 类 号 ：Ｔ ０ ２ Ｐ ６ 文献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —６ ９２ １）３０ ４ —３ ０ ２１ ３ （０ ００ ０ １０