随着节约能源和保护环境的呼声越来越高,节能减排已经成为各行各业的行业标准。管式加热炉作为一种高能耗设备。为了提高能源利用率并减少污染物的排放,有必要研究炉膛内的流动过程、传热过程以及污染物排放量。本课题以圆筒型管式加热炉为研究对象,运用计算流体力学等的基本原理,建立管式加热炉炉膛内流动与传热计算的数值模型,对管式加热炉内的稳态传热过程以及烟气流动过程进行模拟,通过与实际标定数据进行对比和分析,最终得到适用于本课题研究对象的最优模型和参数。本文通过CFD商业软件FLUENT对炉膛内部的燃烧过程以及稳态传热过程进行模拟。采用最常用的套筒式燃烧器,根据管式加热炉的设计尺寸建立管式加热炉的几何模型。采用分块划分进行网格划分,对相对于炉膛尺寸比较小的燃烧器和炉管进行局部加密,最后再对炉膛进行网格划分,并使用size function连接炉管、燃烧器和炉膛之间的网格。通过选择不同的燃烧模型和辐射模型,研究其对炉膛内浓度场、温度场以及污染物排放的影响,获得炉膛内的流场规律,最后通过采用化工软件FRNC得到的数据对计算结果进行考察。研究发现,采用标准的标准k-ε模型,组分输运燃烧模型和P-1辐射模型模拟所得到的炉膛内的温度场、速度场分布,炉管表面温度和热流分布以及污染物NOx排放量与实际数据非常吻合。结果表明,燃烧过程中炉膛底部会形成一个局部回流,炉膛中部由于空气上升气流的作用也会形成一个回流,回流对炉膛内温度分布有重要的影响。另外,在燃烧产生的污染物NOx中,热力型占有很大的成分比重,NOx的生成区域大部分在高温火焰面的后侧。最后,本文还采用在炉管单侧加翅片的强化换热技术,使得炉管表面的热流大幅提高。