考虑炉气非灰辐射特性的蓄热式加热炉数学模型研究

考虑加热炉内炉气的非灰辐射特性,应用引入假想面的区域法,建立蓄热式加热炉数学模型,将各个方程相互耦合进行数值求解。以某轧钢厂的一座步进梁蓄热式加热炉为研究对象,对各辐射全交换面积、钢坯表面热流、炉内温度场和炉膛总括热吸收率进行模拟计算,并与炉气简化为灰体时的计算结果进行比较。结果表明,模型可用来预测蓄热式加热炉内的热流场和温度场,假想面的引入使计算量大大减小,收敛速度较快;在本研究条件下,将炉气简化为灰体时,辐射全交换面积、钢坯表面热流、炉内温度场和炉膛总括热吸收率的误差分别可达69.36%、6.46%、4.93%和23.80%。

基于统计窄谱带及关联K模型的气固非灰辐射特性研究

水蒸气、二氧化碳和烟黑是燃烧过程的重要生成产物,在燃烧过程中它们对辐射换热有着重要的影响。对于平行平板间气体的一维非灰辐射问题,采用统计窄谱带模型及关联K模型,研究烟黑颗粒对水蒸气和二氧化碳混合物非灰辐射的影响,并基于窄谱带数据库提出计算普朗克平均吸收系数的新方法。比较发现,提出的新方法简捷,其计算结果与文献结果吻合较好。

水蒸汽非灰辐射光谱吸收系数

辐射显著影响燃烧的化学动力学和火焰结构。火焰燃烧辐射传输问题的计算 ,需要考虑气体辐射的非灰特性。辐射传输方程微分方法的近似解通常以吸收系数为基本参数。基于此 ,研究了总压 0 .1MPa,分压 0 .0～ 0 .1MPa,压力行程 0 .0 1～ 1.0 MPa· m,温度 30 0～ 2 5 0 0 K水蒸汽的光谱辐射特性。由 Edwards指数宽波带模型进一步简化 ,得到了计算水蒸汽各个谱带辐射特性参数 ,包括谱带光谱吸收系数 ,谱带上。

基于炉气非灰辐射特性的钢坯表面热流研究

基于加热炉内炉气的非灰辐射特性,指出三元辐射体系(炉气-炉壁-钢坯表面)中炉气存在2种发射率和6种吸收率。应用射线跟踪方法推导钢坯表面热流表达式,解除了Τимофеев公式中炉壁为零热流和炉气为灰体的限制。以某轧钢厂的一座步进梁式加热炉为例,对其钢坯表面热流进行了模拟计算。推导的钢坯表面热流表达式为加热炉在线控制数学模型中钢坯表面热流的简化算法提供了理论依据。此外,给出了炉气为非灰时的辐射全交换面积的一种计算方法,为准确求解加热炉炉膛内的辐射热交换创造了条件。

箱带模型结合DOM在非灰气体辐射换热计算中的应用

在总结现有计算非灰气体辐射特性的各种模型与方法的基础上 ,利用箱带模型与离散坐标法 (DOM)相结合的方法计算了一维无限大平行平板间气体介质在均匀型、边界层型及抛物型三种温度分布下的辐射换热。研究表明 ,箱带模型与常用的统计窄带模型或指数宽带模型的灰带近似计算结果相比具有较好的准确性 ,且由于箱带模型具有简单、易于编程、计算速度快等优点 ,对一些较为复杂的工程计算问题是一种较好的可供选择的模型。

非灰气体离散坐标法模型的比较

将求解气体辐射传递方程的离散坐标法与描述非灰气体辐射特性的灰气体加权和模型结合,来研究气体介质参与的辐射换热问题.不同的坐标离散方法———SN法、TN法、SRAPN法与灰气体加权和模型结合,得到不同的非灰气体离散坐标法.分别用非灰气体的SN法、TN法、SRAPN法对一个三维炉况进行模拟,得到炉膛内介质的温度分布及壁面热流分布,比较了不同非灰气体离散坐标法的计算时间和精度.结果表明,SN法和TN法与灰气体加权和模型结合能较好地模拟气体介质参与的辐射换热问题.

燃烧过程中气体辐射特性分析

水蒸气、二氧化碳和一氧化碳是燃烧过程中的气体生成物,对燃烧系统内的辐射换热有重要影响。比较2个窄谱带数据库参数,即Soufiani&Taine数据库和Riviere&Soufiani数据库,针对参与性气体的非灰辐射特性,采用统计窄谱带模型考察水蒸气、二氧化碳和一氧化碳3种气体的光谱透射率。结果表明,基于Riviere&Soufiani数据库的计算结果与逐线法基准解吻合较好,Soufiani&Taine数据库偏差较大。引入离散坐标法,利用2个窄谱带数据库和统计窄谱带关联K模型,研究一维、二维和三维火焰的辐射换热情况,比较发现,采用2个数据库所得的辐射热流和辐射密度差别不大,仅在温度跃变处相差较大。

冲击压缩下蓝宝石的光辐射特性研究

采用时间分辨的多通道高温计技术，对平板冲击加载下蓝宝石的光辐射特性进行了研究。为了获得不同波长处的发射率以及表观辐射温度，结合相近压力点处的冲击发光与消光实验数据，并用Boslough模型进行解读，获得了发射率随波长的增加而减小、呈现出波长相关性结论，表明蓝宝石的光辐射具有非灰体辐射特征。实测的表观辐射温度低于DAC（diamondanvilcell）实验和MD（moleculedy—namics）计算获得的蓝宝石熔化线，并与考虑剪切带与周围体材间热传导效应后，计算的剪切带温度数据一致。为蓝宝石的光辐射来自于冲击诱导剪切带的发光机制提供了依据。

三维航空发动机燃烧室非灰气体辐射换热数值模拟

基于自主研发的辐射计算程序应用离散坐标法和统计窄谱带吸收系数关联模型准确高效地实现了复杂几何外形内非灰气体辐射换热的数值模拟。首先,在完成了结构网格和非结构曲面网格标模验证的基础上,探究了不同角度离散格式、空间差分格式、高斯积分点类型及数目对辐射换热的影响。结果显示24个空间离散方向的角度离散格式计算精度较低,推荐使用32个离散方向的角度离散格式。不同空间差分格式和高斯积分点类型对计算结果的影响较小。接着,选取精度效率结合最优的数值方法组合,以燃烧流场数据作为输入,计算并讨论了某型航空发动机燃烧室在不同压强和壁面温度下的气体辐射换热情况。结果显示中心火焰处负辐射源项的极大值超过6 000 kW/m^(3),而低温壁面附近气体温度较高的区域辐射源项的最大值接近17 000 kW/m^(3),壁面上辐射热流密度的最大值接近88 kW/m^(2)。随着压强增大,辐射源项和壁面热流密度逐渐增大但变化速率逐渐放缓,该变化速率受参与性介质浓度的影响较大。

加热炉内炉气的发射率和吸收率研究

区别了加热炉内炉气对炉壁及其对钢坯的平均射线行程,给出计算炉气对炉壁及其对钢坯的平均射线行程的简化表达式,并应用Gauss-Laguerre积分公式计算上述平均射线行程.考虑加热炉内炉气的非灰辐射特性,指出三元辐射体系(炉气-炉壁-钢坯)中炉气存在2种发射率和6种吸收率.以某轧钢厂的一座步进梁式加热炉为例,采用Leckner级数式模拟各炉段上炉膛炉气的发射率和吸收率.结果表明,对加热炉内炉气的发射率和吸收率进行上述的区别处理是必要的,为准确求解炉膛内的辐射热交换创造了条件.

指数宽带模型的数学回归及其应用

气体辐射特性参数的确定是求解辐射传热问题的关键,指数宽带模型能够较为准确地对其进行求解,但该方法计算过程复杂,求解速度慢,不适于在线应用.针对加热炉内的烟气成分CO2和H2O,以炉子生产时烟气和炉子内表面的温度为计算范围,通过对指数宽带模型求解结果的分析,将其在各谱带的参数回归成随温度或压力变化的函数表达式,简化了宽带模型中复杂参数的求解过程.在保证精度的前提下,提高了指数宽带模型的计算速度.

基于窄谱带模型的烟黑颗粒辐射模型的比较

烟黑是燃烧过程的重要生成产物,对燃烧系统中辐射换热有着重要的影响。针对一维平行平板介质的辐射传递过程求解算例,本文改进RADCAL程序,采用三个烟黑辐射模型,研究了烟黑颗粒分别与水蒸气、二氧化碳及其混合物三种情况的非灰辐射,考察了三类模型的适用范围,为燃烧换热提供了参考依据。

BRDF表面对燃烧气体辐射传热影响

双向反射分布函数BRDF真实描述了实际表面的反射特性,本文用BRDF表面代替传统的漫反射和镜反射表面研究了富氧燃烧过程中壁面对非灰气体辐射传热的影响。本文选取刚玉板(A1203)作为BRDF壁面,BRDF值使用NIMS-III BRDF测量系统测得,而且测量值用简化五参数模型进行了很好的拟合。比较漫反射表面和BRDF表面两种不同边界条件下的热辐射特性发现BRDF表面对热辐射有较大影响,尤其在更小的板间距、更高的表面和气体温度、含有较低浓度水蒸气时。