徐钱等：分级气体成分对燃气辐射管热过程影响的数值模拟及研究 ·101· 时辐射管的烟气循环量最小. 最高温度先升高后降低，燃烧最高温度出现在支管喷 3.1.2温度场分析 口处，这是由于支管处未燃尽的高温燃气与空气释放 图8是主管和两支管通入空气和燃气量变化时， 出更多的热量，随着支管通入空气量的增加，未燃尽的 分区分级燃气辐射管对称面气体温度分布云图. 燃气量增加，释放的热量增加，燃烧温度升高，但是燃 当主管通入空气量减小时，主管处燃烧高温区逐 烧高温点持续时间很短，在支管和回流管管段没有出 渐减小，主管后半部分和三通管处的气体温度范围减 现明显的高温区，说明在主管和支管通入气体速度不 小，支管和回流管处气体温度提高，管内气体温度分布 变的前提下，分区分级燃气辐射管没有降低管内气体 愈加均匀，说明分区分级燃气辐射管具有较好的温度 燃烧最高温度，但是提高了整个辐射管的气体温度均 均匀性.随着支管通入空气量的增加，辐射管内气体 匀性 温度K 温度K 1685 168s 1546 546 1408 1269 1269 1130 90.50.5 7:1.5:1.5 1130 90.50.5 71.51.5 992 992 853 714 714 575 575 52.52.5 33.53.5 437 52.52.5 33.53.5 437 298 298 (b) 图8气体温度分布云图.(a)空气分级：(b)燃气分级 Fig.8 Gas temperature distribution diagram:(a)air classification:(b)gas classification 当主管通入燃气量减小时，主管处燃烧高温区逐 变化时，分区分级燃气辐射管壁面温度分布云图.图 渐减小，主管后半部分和三通管处的气体温度范围减 10和图11为通入空气和燃气量变化时，沿气体流动 小，支管和回流管处气体温度提高，整个辐射管内气体 方向的壁面温度分布曲线.从图中可以看出，分区分 温度分布越来越均匀.支管通入燃气量为总燃气量的 级燃气辐射管在气体流动距离为1900mm区域时辐射 15%时，整个辐射管内气体温度分布最均匀.支管燃 管壁面温度有一个小的升高趋势.随着支管通入空气 气量大于总燃气量的15%时，随着支管通入燃气量的 量的增加，在气体流动距离为0~1750mm区域，分区 增加，支管后半部分和回流管管段的气体温度高于中 分级燃气辐射管壁面温度逐渐升高；在流动距离为 心管和三通管管段，整个分区分级燃气辐射管的气体 1750~2500mm区域，空气分配比为5：2.5：2.5时分区 温度均匀性变差 分级燃气辐射管壁面温度最高：在流动距离为2500~ 3.1.3壁面温度场分析 3700mm区域，辐射管壁面温度降低幅度减小，不同分 图9给出的是主管和两个支管通入空气和燃气量 配比下辐射管壁面温度相差不大 温度K 温度K 1349 1349 1339 1339 1329 1329 1319 1319 1309 90.505 71.51.5 1309 9050.5 1299 1299 1289 1289 1279 1279 1269 1269 52.5:25 3:3.5:3.5 52.52.5 1259 1259 1249 () 1249 (b) 图9镉射管壁面温度分布云图.()空气分级：(b)燃气分级 Fig.9 Distribution diagram of radiant tube wall temperature:(a)air classification;(b)gas classification 主管后半部分和三通管管段壁面温度逐渐降低， 壁温度逐渐升高，这是由于支管处燃气发生再次燃烧 支管和回流管管段壁面温度逐渐升高，壁面温度均匀 造成的：在气体流动距离为700~2000mm区域内，随 性先提高后降低.分区分级燃气辐射管在气体流动距 着燃烧放热和向外传热的进行，辐射管壁面温度先升 离为0~250mm区域，随着支管通入燃气量的增加，管 高后降低，支管通入燃气量越大，该区域内辐射管管壁徐 钱等: 分级气体成分对燃气辐射管热过程影响的数值模拟及研究 时辐射管的烟气循环量最小. 3郾 1郾 2 温度场分析 图 8 是主管和两支管通入空气和燃气量变化时, 分区分级燃气辐射管对称面气体温度分布云图. 当主管通入空气量减小时,主管处燃烧高温区逐 渐减小,主管后半部分和三通管处的气体温度范围减 小,支管和回流管处气体温度提高,管内气体温度分布 愈加均匀,说明分区分级燃气辐射管具有较好的温度 均匀性. 随着支管通入空气量的增加,辐射管内气体 最高温度先升高后降低,燃烧最高温度出现在支管喷 口处,这是由于支管处未燃尽的高温燃气与空气释放 出更多的热量,随着支管通入空气量的增加,未燃尽的 燃气量增加,释放的热量增加,燃烧温度升高,但是燃 烧高温点持续时间很短,在支管和回流管管段没有出 现明显的高温区,说明在主管和支管通入气体速度不 变的前提下,分区分级燃气辐射管没有降低管内气体 燃烧最高温度,但是提高了整个辐射管的气体温度均 匀性. 图 8 气体温度分布云图. (a)空气分级;(b)燃气分级 Fig. 8 Gas temperature distribution diagram: (a) air classification;(b) gas classification 当主管通入燃气量减小时,主管处燃烧高温区逐 渐减小,主管后半部分和三通管处的气体温度范围减 小,支管和回流管处气体温度提高,整个辐射管内气体 温度分布越来越均匀. 支管通入燃气量为总燃气量的 15% 时,整个辐射管内气体温度分布最均匀. 支管燃 气量大于总燃气量的 15% 时,随着支管通入燃气量的 增加,支管后半部分和回流管管段的气体温度高于中 心管和三通管管段,整个分区分级燃气辐射管的气体 温度均匀性变差. 3郾 1郾 3 壁面温度场分析 图 9 给出的是主管和两个支管通入空气和燃气量 变化时,分区分级燃气辐射管壁面温度分布云图. 图 10 和图 11 为通入空气和燃气量变化时,沿气体流动 方向的壁面温度分布曲线. 从图中可以看出,分区分 级燃气辐射管在气体流动距离为 1900 mm 区域时辐射 管壁面温度有一个小的升高趋势. 随着支管通入空气 量的增加,在气体流动距离为 0 ~ 1750 mm 区域,分区 分级燃气辐射管壁面温度逐渐升高;在流动距离为 1750 ~ 2500 mm 区域,空气分配比为 5颐 2郾 5颐 2郾 5 时分区 分级燃气辐射管壁面温度最高;在流动距离为 2500 ~ 3700 mm 区域,辐射管壁面温度降低幅度减小,不同分 配比下辐射管壁面温度相差不大. 图 9 辐射管壁面温度分布云图. (a)空气分级;(b)燃气分级 Fig. 9 Distribution diagram of radiant tube wall temperature: (a) air classification; (b) gas classification 主管后半部分和三通管管段壁面温度逐渐降低, 支管和回流管管段壁面温度逐渐升高,壁面温度均匀 性先提高后降低. 分区分级燃气辐射管在气体流动距 离为 0 ~ 250 mm 区域,随着支管通入燃气量的增加,管 壁温度逐渐升高,这是由于支管处燃气发生再次燃烧 造成的;在气体流动距离为 700 ~ 2000 mm 区域内,随 着燃烧放热和向外传热的进行,辐射管壁面温度先升 高后降低,支管通入燃气量越大,该区域内辐射管管壁 ·101·