工程科学学报，第39卷，第4期：581592,2017年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.4:581-592,April 2017 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2017.04.014:http://journals.ustb.edu.cn 基于正交法扁双P型辐射管仿真模拟及结构优化 徐钱，冯俊小四 北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:476667887@q9.com 摘要在扁形双P型辐射管的基础上，研究了扁双P型辐射管的中心管的等效半径、支管的等效半径、中心管和支管间距、 管长等结构尺寸对辐射管性能的影响.通过建立正交试验方案对辐射管结构尺寸以及燃烧器喷口结构位置进行优化，结果 表明，影响辐射管表面温差的最明显因素依次：中心管与支管的间距、中心管等效半径、管长和支管等效半径：影响辐射管辐 射功率的明显因素依次：管长、中心管等效半径、中心管与支管的间距和支管的等效半径.上下空气喷口与左右空气喷口大 小比例在7：3和9：1比较接近，辐射管的性能参数最好：左右空燃气喷口间距为50mm,上下空气喷口间距在60mm的情况下 辐射管表面的温度不均匀系数最小，为0.058. 关键词双P型辐射管：热效率：模型验证：正交试验：氮氧化物控制 分类号TF062 Simulation and structural optimization of flat double-P type radiant tubes based on the orthogonal method XU Qian,FENG Jun-xiao School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:476667887@qq.com ABSTRACT The effects of structural dimensions such as central tube equivalent radius,branch tube equivalent radius,tube spac- ing,and tube length on the performance of a flat double-P type radiant tube were studied in this paper.The structural dimensions of the radiant tube and the positions of the burner nozzles were optimized using an orthogonal experimental program.It is shown that obvi- ous influencing factors on the surface temperature difference of the radiant tube are tube spacing,central tube equivalent radius,tube length,and branch tube equivalent radius in turn.However,significant influencing factors on the radiant power of the radiant tube are tube length,central tube equivalent radius,tube spacing,and branch tube equivalent radius in order.When the size ratio of the upper to lower air nozzle is 7:3 and the size ratio of the left to right air nozzle is 9:1,the performance parameters of the radiation tube are the best.When the distance between the air and fuel gas nozzle is 50 mm and the air nozzle distance is 60 mm,the uneven coefficient of the radiation tube's surface temperature is the smallest at 0.058. KEY WORDS radiant tubes:heat efficiency:model validation:orthogonal experiment;nitrogen oxide control 辐射管被广泛用于钢铁行业的热处理炉中，能够 管逐渐变扁，对不同扁形度的双P型辐射管进行数值 将工件和烟气进行隔离，从而有效控制炉内气氛，减少 模拟4-可.对比不同扁形度双P型辐射管流动、燃烧及 氧化烧损，提高产品质量-习.为提高辐射管的加热均 传热过程，得到辐射管各性能指标参数.结果表明：随 匀性以及板带的加热效率，本科研团队主创设计了扁 着扁形度增大，管内循环烟气量逐渐减少，管内燃烧的 双P型辐射管，在保证消耗相同材料的情况下，将辐射 火焰明显后移，火焰最高温度逐渐升高，辐射管表面的 收稿日期：2016-05-04 基金项目：“十三五”国家重点研发计划资助项目(2016YFB0601300)工程科学学报，第 39 卷，第 4 期: 581--592，2017 年 4 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 39，No． 4: 581--592，April 2017 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2017． 04． 014; http: / /journals． ustb． edu． cn 基于正交法扁双 P 型辐射管仿真模拟及结构优化 徐 钱，冯俊小 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: 476667887@ qq． com 摘 要 在扁形双 P 型辐射管的基础上，研究了扁双 P 型辐射管的中心管的等效半径、支管的等效半径、中心管和支管间距、 管长等结构尺寸对辐射管性能的影响． 通过建立正交试验方案对辐射管结构尺寸以及燃烧器喷口结构位置进行优化． 结果 表明，影响辐射管表面温差的最明显因素依次: 中心管与支管的间距、中心管等效半径、管长和支管等效半径; 影响辐射管辐 射功率的明显因素依次: 管长、中心管等效半径、中心管与支管的间距和支管的等效半径． 上下空气喷口与左右空气喷口大 小比例在 7∶ 3和 9∶ 1比较接近，辐射管的性能参数最好; 左右空燃气喷口间距为 50 mm，上下空气喷口间距在 60 mm 的情况下 辐射管表面的温度不均匀系数最小，为 0. 058． 关键词 双 P 型辐射管; 热效率; 模型验证; 正交试验; 氮氧化物控制 分类号 TF062 收稿日期: 2016--05--04 基金项目: “十三五”国家重点研发计划资助项目( 2016YFB0601300) Simulation and structural optimization of flat double-P type radiant tubes based on the orthogonal method XU Qian，FENG Jun-xiao School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: 476667887@ qq． com ABSTＲACT The effects of structural dimensions such as central tube equivalent radius，branch tube equivalent radius，tube spac￾ing，and tube length on the performance of a flat double-P type radiant tube were studied in this paper． The structural dimensions of the radiant tube and the positions of the burner nozzles were optimized using an orthogonal experimental program． It is shown that obvi￾ous influencing factors on the surface temperature difference of the radiant tube are tube spacing，central tube equivalent radius，tube length，and branch tube equivalent radius in turn． However，significant influencing factors on the radiant power of the radiant tube are tube length，central tube equivalent radius，tube spacing，and branch tube equivalent radius in order． When the size ratio of the upper to lower air nozzle is 7∶ 3 and the size ratio of the left to right air nozzle is 9∶ 1，the performance parameters of the radiation tube are the best． When the distance between the air and fuel gas nozzle is 50 mm and the air nozzle distance is 60 mm，the uneven coefficient of the radiation tube’s surface temperature is the smallest at 0. 058． KEY WOＲDS radiant tubes; heat efficiency; model validation; orthogonal experiment; nitrogen oxide control 辐射管被广泛用于钢铁行业的热处理炉中，能够 将工件和烟气进行隔离，从而有效控制炉内气氛，减少 氧化烧损，提高产品质量［1--3］． 为提高辐射管的加热均 匀性以及板带的加热效率，本科研团队主创设计了扁 双 P 型辐射管，在保证消耗相同材料的情况下，将辐射 管逐渐变扁，对不同扁形度的双 P 型辐射管进行数值 模拟［4--7］． 对比不同扁形度双 P 型辐射管流动、燃烧及 传热过程，得到辐射管各性能指标参数． 结果表明: 随 着扁形度增大，管内循环烟气量逐渐减少，管内燃烧的 火焰明显后移，火焰最高温度逐渐升高，辐射管表面的