题目：强化辐射对传热传质过程影响的数值模拟

       方箱管式加热炉是石油化工行业的主要加热设备，同时也是高能耗设备，工业加热炉的节能降耗是节能工作的重点环节。加热炉内的燃烧、延期流动、炉管内的吸热化学反应是一个复杂的传热传质过程，其中在辐射段的传热方式是辐射传热，其传热量占整个辐射段传热总量的80%以上，因此研究炉内燃烧与强化传热过程，提高燃烧与传热效率，是加热炉设计、老旧装置节能改造等工作关注的重点。本文以中石化燕山分公司乙烯装置裂解炉为模拟对象，根据计算流体力学、传热学、燃烧学的基本原理，建立了管式裂解炉管内外耦合传热的数学模型。

       本文在研究国内外加热炉的历史、现状和发展趋势的基础上，根据所建立的管式裂解炉耦合传热模型，利用CFD软件对三维管式裂解炉内的稳态传热传质过程进行数值模拟。计算中，以反应管壁面作为分界面将裂解炉辐射段分为炉膛燃烧区和管内流动区建立模型并用Gambit进行网格划分，选用标准k-ε湍流模型，漩涡耗散/有限速率燃烧反应模型和离散坐标辐射传热模型并首次将炉膛内的燃烧过程和反应管内介质的吸热过程同步耦合模拟，得到了炉内的流场、温度场、反应管内介质温度场及炉管壁面温度和热通量等分布云图。

       论文主要工作包括三个方面：1、通过CFD将炉膛燃烧传热过程与管内介质的吸热过程直接进行耦合模拟，将壁面作为管内外区域的公共边界，提高计算精度的同时也大大降低了计算时间；2、建立了安装有热辐射元件的辐射段流体力学、热力学模型，对包括燃烧、管内介质吸热反应的传热传质过程进行了数值模拟，并与普通辐射段的热力学工况进行了比较；3、对安装辐射元件强化辐射后的节能效果进行分析。

        研究结果表明，在保持燃料量不变的情况下，通过加装热辐射元件强化炉壁的辐射传热，可以显著提高辐射段的热辐射传热效率；在保持辐射段反应介质吸热量不变的条件下，可以减少10%的燃料量，同时炉膛烟气平均温度显著降低。