引言

在工业过程中，为了避免燃烧产物与被加热工件直接接触，辐射管燃烧器获得了广泛应用[1]。辐射管燃烧器燃烧时，燃气在辐射管内燃烧，利用受热的套管表面以热辐射的形式把热量传递给工件，由于燃烧产物不与工件表面接触，不会影响工件表面质量，且炉内气氛便于控制和调节[2]。辐射管燃烧器自20世纪中期问世以来，其结构形式先后出现了直管型、U型、W型以及排气再循环的P型和O型。其中，W型辐射管燃烧器具有有效加热面积大、燃料利用率高、控制和操作相对容易等优点，因此应用较为广泛[3-4]。

W型辐射管燃烧器由于其燃烧通道较长，易出现辐射管表面温度不均匀现象，进而影响燃烧器使用寿命和热工性能，这就需要合理组织辐射管内的燃烧过程。国内外对辐射管的研究由来已久，研究方法主要有实验方法和数值模拟方法[5-8]。数值模拟方法由于其方便快捷、可以综合考虑多种因素的影响，近年来获得广泛应用。因此，采用Flunt软件，通过数值模拟的方法研究W型辐射管内的燃烧特性，找出影响燃烧特性的因素，为该类型燃烧器的设计和实际操作提供技术依据。

1 辐射管内热过程数学模型

1.1 物理模型

辐射管燃烧器的组成如图1所示，整个燃烧器主要由主燃烧器、辐射管管道、翅片管换热器、波纹管以及空煤气管道构成。

考虑到计算的经济性，在对W型辐射管燃烧系统建立数学模型时仅选取上述系统的主要部分作为计算区域，计算区域主要包括辐射管管道、辐射管壁面、主烧嘴壁面以及部分空、煤气管道，考虑到计算区域的对称性，在此只采用二分之一模型。

  

图1 W型辐射管燃烧器示意图

1.2 控制方程

W型辐射管内发生着流动、传热、传质、化学反应等复杂过程，在此所需建立的数学模型包括流动模型、传热模型、燃烧模型、NOx生成模型。

（1）流动模型。

在W型辐射管内发生的流动过程为湍流，在此采用标准k-ε模型对湍流进行描述，湍流过程基本方程为：

Φ—相函数；

研究的主题有中文分词的技术、方法、算法、系统、分词器等；具体技术有分词词典、基于统计、情感词典、专业词典、歧义字段、相似度、特征项、未登录词、词性标注、字符串等；应用范围有机器检索、全文检索、文本挖掘、情感分析、情报工作、文本分类。

 

动量方程：

 

k方程：

 

ε方程：

 

其中，ε为湍流耗散率，由（5）式确定：

我逐渐恢复了工作，王部长一直器重信任我。王震部长是1969年10月经中央批准到江西调研的，至1971年9月奉命回京，其间作为中央政治局委员，他出席了1970年在九江庐山召开的中共九届二中全会。这次来江西的大部分时间，他都是在红星垦殖场蹲点调研。

 

式中，f——混合分数（%）；

 

G为湍动能产生项，由式（7）确定：

 

式中，ρ——流体密度（kg/m3）；

“唉，我也没想到你卖古钱居然把盒子一起卖了啊。也是，我要是早点多句嘴，也不至于让盒子被拿走。”叶总想想没用“骗”字，毕竟老贾是自己介绍给孟导的，说过火了是打自己的脸。

ui，uj——i，j方向的速度（m/s）；

xi，xj——i，j方向的坐标值（m）；

gi——i方向的重力加速度（m/s2）；

所有患者均进行24小时动态心电图监测，统计24小时室性早搏总数，治疗组口服参松养心胶囊4粒，3次/d，一月后减量为3粒，3次/d，观察组不口服参松养心胶囊，各原发病治疗按诊疗规范执行。

P——压力（Pa）；

k——湍动能（J）；

ε——湍动能耗散率（%）；

μ——粘度（Pa·s）；

C1、 C2、 Cμ、 σk、 σε—经 验 常 数 ， 取Laundering和Spalding所推荐的数据。

（2）传热模型。

为了考虑传热过程，数学模型中还需加入能量方程，在此采用总焓形式的能量方程：

 

其中H为总焓，表达式为：

人类的历史是一步漫长的进步史，好不容易从晦暗的传统旧道德中摆脱出来，人们迫不及待地与过去划清界限，认为一切新的就是好的。却不曾想过，如果不保持谨慎，无法正确把握新兴事物的本质，当下引以为傲的“现代文明”同样可能转化为“吃人”的文明。作者写中年医生一事的目的也大抵在此。

 

2.2.2 空燃比影响分析

应用主成分分析可以在复杂的土壤肥力指标中筛选出若干彼此不相关的综合性指标，且能反映出原来全部指标所提供的大部分信息 [11]。主成分分析表明，综合土壤养分因子是黑瞎子岛地区生态系统的主导因子，具有重要的指示作用，土壤速效氮、磷养分因子在决定土壤养分状况方面也起到重要的作用，第三主成分因子，土壤钾素的营养状况则处于次要地位。土壤有机质、全氮、全磷、全钾等8个养分指标中，除pH变异不大外，其余7个指标均呈强度变异（变异系数大于30%）。

Srad——热辐射源相[W/m3]；

cp——热容[J/（kg·K）]；

Yj——组分j的质量分数（%）；

hj0（Tref,j）——参考温度Tref,j下组分j的生成焓（J/kg）。

辐射模型采用离散坐标热模型，该模型中将空间离散为有限个立体角，对每个方向矢量s→求解辐射传递方程：

 

式中，I——辐射强度[W/m2·sr]；

n——折射率；

a——吸收系数（1/m）；

智慧城市的发展其实经历了多个阶段，而每一轮发展都是伴随着IT及信息技术的重大突破而产生。上世纪90年代以信息化和全球化为核心的美国新经济时代，美国副总统戈尔提出了数字城市的概念，这是智慧城市最早的雏形和发展基础。而在2000年Wi-Fi技术被提出，并得到快速发展的阶段，无线城市随之应运而生。在之后的几年中物联网、大数据概念诞生，将数据、网络、设备连接起来，进行智能分析，由此智慧城市得以取得快速的发展。未来也许在城市互联、国家互联、能源互联领域将可能取得重大突破的时候，智慧地球也将由概念走向现实。

σ——Stefan-Boltzmann常数，取σ=5.67×10-8 ［W/(m2·K4)］；

连续性方程：

——位置矢量；

——方向矢量（m）；

′——散射方向矢量（m）；

σs——散射吸收（1/m）；

——其方差；

（3）燃烧模型。

辐射管内发生的为湍流扩散燃烧过程，在此采用非预混燃烧模型进行描述。由于管内发生的燃烧过程速度很快，认为整个燃烧过程达到平衡状态，在这样的情况下整个反应系统中各组分浓度以及温度分布都可由混合分数、混分分数方差以及总焓这3个量决定，因此需在上述流动、传热模型的基础上增加平均混合分数及其方差的输运方程：

 

μt为湍流粘性系数，由式（6）确定：

Ω′——立体角（sr）。

σt、Cg、Cd——常数；

1.3 统计学分析 采用SPSS 18.0统计软件对数据进行统计学分析，率的比较采用χ2检验， 有序多分类比较采用趋势χ2检验，P<0.05为差异有统计学意义。

Zi——元素i的质量分数（%）；其中下标ox表示空气入口，fuel表示燃料入口。

大家无法直接感受到手表平时所承受的力，有一个数据可供参考，玩过山车时的重力加速度是6G，但人在挥手时，戴在手上的手表会受到8G的重力加速度；轻轻拍手时大约有10G，热烈鼓掌时就会达到80G。平时我们应该不会想到手表居然要经受这么大的冲击吧。

1.3 边界条件及网格划分

模型的边界条件设置情况为：空、煤气入口均设置为质量流量入口，入口质量流量值由体积流量折算求得，空气入口温度设置为590 K，煤气入口温度为300 K。设置辐射管壁面边界条件时需给定炉温，取炉温为1020℃。对于辐射管管道壁面，设置为自然对流与辐射换热边界条件，其中发射率设置为0.95，对流换热系数根据式（12）、式（13）求得：

 

式中：λ——空气导热系数[W/（m·K）]；

Pr——普朗特数；

ν——空气运动粘度（m2/s）；

λ、Pr、ν——均根据空气温度查表得到；

D——圆管直径（m）；

在实际施工流程建立和运行后，技术部门要尽量采取浅接触的方式，有效整合焊接过程，避免出现漏焊或者是跳焊的问题，从而提升整体工作流程的安全性和维护效果，也为后续焊接管理流程优化提供保障。另外，焊接工作要从单侧结构出发，若是焊接过程中温度出现了异常变化，且数值变化较大，或者是施工部门焊接时间出现了延长，都需要进行焊接处理，此时就能焊接完单侧之后进行另外一侧主要部位的焊接，以保证能建立维持高速公路桥梁施工伸缩缝的约束力[4]。在焊接过程中，技术部门要对伸缩缝的施工流程和施工阶段性质量予以全面关注，从根本上完善管理效率，也能实现临时固定用具的管理和控制效率。

g——重力加速度（m/s2）；

在实际工作过程中，加热炉炉膛温度往往是不均匀的，辐射管燃烧器由于位于加热炉的不同位置，所处的炉膛温度也会有所不同，因此有必要对不同炉温情况下辐射管的工作情况进行模拟。模拟过程中相关参数设置如表3所示。

T0——炉温（℃）；

αv——空气体积膨胀系数，取温度的倒数。

为保证计算的精度以及收敛性，利用Interface技术对计算区域进行了网格划分，全部为六面体网格，网格数量约93万。

2 W型辐射管内热工特性模拟结果及分析

2.1 模型验证

为了考察当前所建立的数学模型的精确性，将当前计算结果与实验结果进行了对比。实验结果由同规格、同尺寸的燃烧器在实验炉内进行燃烧时实测得到。

计算结果与实验结果之间的对比如图2所示。可以看出，计算所得的辐射管管壁上温度分布规律与实验基本一致，计算值比实验值略高。在定量上，计算值与实验值之间的最大差值为41.76℃，误差为4.1%。可以确定，当前所建立的数学模型基本上能否反映出实际辐射管燃烧系统中的热工过程，计算精度基本上满足要求。

  

图2 各测温点处温度计算值与实验对比

2.2 燃烧参数影响分析

从燃烧参数方面研究不同参数对辐射管内热工特性的影响规律，其中燃烧参数包括：辐射管输入功率、空燃比、炉膛温度以及空气入口温度。

在以下分析过程中将提及辐射管的热效率以及辐射管表面温度分布均匀性2个指标，在此将辐射管的热效率定义为辐射管工作段向外传热热流与燃烧过程放热量的比；辐射管表面温度分布均匀性用辐射管工作段最大温差来表示，即辐射管烧嘴一侧表面最高温度与辐射管换热器一侧表面最低温度之差。

红脸的老赵三走近家门又转弯了！他是那样信步而无主地走！忧伤在前面招示他，忽然间一个大凹洞，踏下脚去。他未曾注意这个，好像他一心要完成长途似的，继续前进。那里更有炸弹的洞穴，但不能阻碍他的去路，因为喝酒，壮年的血气鼓动他。

2.2.1 输入功率影响分析

输入功率的大小反映了煤气流量的大小，在相同的空燃比条件下，逐渐改变空煤气的入口流量，从而在不同输入功率条件下对辐射管内燃烧过程进行模拟，模拟参数如表1所示。

随着输入功率的增大，表面温差逐渐增大。如图3所示，当从100-10工况变化到200-20工况时，辐射管表面温差增加了约10℃。此外，不同输入功率下的辐射管热效率变化如图4所示，增大输入功率将降低辐射管的热效率，这说明虽然增加输入功率能够增大辐射管的散热量，但这是以降低热效率为代价的，实际工作过程中应对输入功率进行限制以免造成能源的浪费。

 

表1 输入功率影响分析参数设置

  

参数空、煤气入口流量（m3/h）空燃比（体积）空气入口温度（K）煤气入口温度（K）炉温（℃）数值100-10、120-12、160-16、180-18、200-20 10 590 300 1020

  

图3 不同输入功率下辐射管表面温差

  

图4 不同输入功率下辐射管热效率变化

式中，kt—湍流热导率[W/（m·K）]；

对引水调控工程湖泊水环境与生态影响的评估是搭建引水工程与湖泊生态系统两者间桥梁的关键，湖泊生态系统的健康、安全与发展受到诸多因素影响，如何表征引水调控工程对湖泊生态系统的作用关乎能否准确认识引水调控工程的湖泊水环境与生态效应。目前，引水调控工程的湖泊水环境与生态影响的评估方法主要分为3种：单因子指标法、综合指数法与数值模型法(表2)。

在保持煤气流量恒定条件下，改变空气流量，从而形成不同的空燃比条件，可以分析不同空燃比条件对辐射管内热工特性的影响，相关模拟参数如表2所示。

 

表2 空燃比影响分析参数设置

  

参数空燃比（体积）煤气入口流量（m3/h）空气入口温度（K）煤气入口温度（K）炉温（℃）数值5、8、10、12、15 15.75 590 300 1020

不同空燃比下辐射管表面温差及热效率变化如图5、图6所示。随空燃比的逐渐增大，辐射管表面温差和热效率均呈先增大后减小的趋势，空燃比在化学计量比附近时辐射管表面温差及热效率达到最大值。产生这种现象的原因是空燃比在化学计量比附近时可达到相对最高的燃烧温度，虽然整体热效率较高，但同时主烧嘴侧与换热器侧的辐射管表面温差也最大，不利于辐射管本身的使用寿命。因此设计时，应综合考虑热效率与辐射管表面温差，空燃比设置为略高于当量比为宜。

  

图5 不同空燃比下辐射管表面温差

  

图6 不同空燃比下辐射管热效率

2.2.3 炉膛温度影响分析

Tw——壁面温度（℃）；

 

表3 炉膛温度影响分析参数设置

  

参数空燃比（体积）煤气入口流量（m3/h）空气入口温度（K）煤气入口温度（K）炉温（℃）数值10 16 590 300 800、900、1020、1100

通过计算可知，受炉温影响较大的是辐射管内的温度分布情况。不同炉温情况下辐射管对称面上的温度分布情况如图7所示。可以看出，随着炉温逐渐升高，辐射管内火焰形态基本保持不变，但管内温度逐渐升高。这主要是由于炉温升高导致辐射管向外散热量减小所导致的。

  

图7 不同炉温下辐射管对称面上温度分布

不同炉温下的辐射管表面温差和热效率分别如图8、图9所示。可以看出，炉温的升高有助于改善辐射管表面温度分布的均匀性，随炉温升高，辐射管表面温差显著降低。此外，随炉温升高辐射管热效率逐渐降低，这是由于炉温升高使得更多热量留在了辐射管内，导致管内温度的升高。

  

图8 不同炉温下辐射管表面温差图

  

图9 不同炉温下辐射管热效率

综上可知，炉温变化将改变辐射管的散热情况发生变化，并引起管内温度的变化，在实际工作过程中，在炉温较高的位置应适当降低辐射管的输入功率，在炉温较低的位置应适当提高输入功率，从而改善加热炉内的温度分布。

2.2.4 空气预热温度影响分析

推荐理由:人类文化的重组以品位与感性为媒介。品位的根基在于感受器所感受到的味觉、视觉、听觉、嗅觉、触觉，即五感。五感可谓是支撑日常生活的基石，也是改变社会的原动力。甜味、咸味、酸味、苦味、鲜味左右着食物的味道。本书聚焦于人类的味觉，探究人类对于食物“味道”无止尽的追求如何推动世界史发展。

对于自身预热型辐射管燃烧系统，往往通过改进换热器性能提高空气预热温度来改善辐射管的热效率，为分析不同空气预热温度条件下辐射管内热工特性的变化规律，文中按表4中所示参数进行了模拟。

 

表4 空气预热温度影响分析参数设置

  

参数空燃比（体积）煤气入口流量（m3/h）空气入口温度（K）煤气入口温度（K）炉温（℃）数值10 15.75 590、700、800 300 1020

从燃烧角度来看，空气预热温度的增加相当于增大了燃烧系统的总能量，受此影响，辐射管内温度逐渐升高（见图10）。

  

图10 不同空气预热温度下中轴线温度分布

不同空气预热温度下的辐射管表面温差和热效率分别如图11、图12所示。可以看出，随着空气预热温度的升高，辐射管表面温差逐渐增大，这主要是由于辐射管内火焰长度减小所致。空气流速增大、温度升高，一方面将使辐射管内空煤气混合过程得到加强，燃烧反应加快，另一方面将使得轴向燃烧射流的发展受到抑制，这都将致使火焰长度缩短。如预期所料，空气预热温度的增加相当于回收了燃烧器的烟气余热，使得热效率增加，在图12中得到很好的体现。

综上可知，通过提高空气预热温度来改善辐射管热效率会带来表面温差增大等不利影响，在实际应用过程中应采取相应措施对不利影响进行控制。

  

图11 不同空气预热温度下辐射管表面温差

  

图12 不同空气预热温度下辐射管热效率

3 结论

文中主要从辐射管燃烧参数方面分析了不同因素对辐射管内热工特性的影响规律，主要得出如下结论：

（1）随着输入功率的变化，辐射管内燃烧过程基本保持相同规律，管内流场、火焰形态基本相同，这说明该型号辐射管具有较好的可调节性，但辐射管输入功率的增大将会引起管内的温度变化，进而导致辐射管表面温度均匀性降低、热效率降低等问题，因此在实际应用过程中应对辐射管的最大输入功率进行限制。

（2）空燃比的设置对管内燃烧过程影响较大，随空燃比增大，管内温度呈先增大后减小的趋势，受此影响辐射管热效率、表面温差均呈相似趋势，且空燃比在化学计量比附近时二者均达到最大值。

（3）较高的炉膛温度一方面有利于改善辐射管表面温度分布的均匀性，一方面将使辐射管散热能力将下降，导致管内热量增大。在实际工作过程中，在炉温较高的位置应适当降低辐射管的输入功率，在炉温较低的位置应适当提高输入功率，从而改善加热炉内的温度分布。

（4）通过提高空气预热温度来改善辐射管热效率会使得管内流速增大、温度升高，火焰缩短，导致表面温差增大等不利影响，在实际应用过程中应采取相应措施对不利影响进行控制。

参考文献

[1]韩昭沧.燃料及燃烧[M].北京：冶金工业出版社，1994.

[2]伍成波，许鹏彦，等.U型辐射管的表面温度分布试验研究[J].过程工程学报，2008，（8）：189-191.

[3]高仲龙，蒋大强.带钢加热用辐射管[J].工业加热，1998，（5）：9-11.

[4]Imose M.Recent Development of Heating and Cooling Technoligy in Continous Annealing Transaction[J].ISTJ，1985，（925）：915.

[5]楼国锋，宋兴飞，温治.数值研究风比对预热式燃气辐射管的影响[J].冶金能源，2009，（28）：24-26.

[6]张爽，杨柳，宋伟蕊.连续退火装置内辐射管性能的研究现状[J].工业炉，2015，（37）：21-25.

[7]刘存芳，周强泰，张梦珠，等.套管式燃气辐射管外壁平均温度的计算[J].东南大学学报，1995，（25）：159-162.

[8]高茵，高惠民，龙峰.W型蓄热式辐射管表面温度分布的数值模拟[J].冶金能源，2005，（24）：24-29．