文档介绍：南京工业大学博士学位论文
致谢
本文是在导师涂善东教授悉心指导下完成的。从论文的选题、方案论证、实验
设计与安排、课题研究以及论文写作等各方面都是在导师全面、悉心指导下完成的。
导师渊博的专业知识、严谨的治学态度、富有远见和启发性的建议和宝贵的研究经
验,使我终生受益,并将激励我在今后的学习、工作中锐意进取、不断前进。在此
论文完成之际,谨向我的导师涂善东教授表达我深深的敬意和衷心的感谢!
真诚感谢我的导师吴锤结教授,吴教授以渊博的知识、严谨的态度和新颖的思
维引导我入门流体力学知识,给我许多有益的帮助,使我倍受裨益。
本研究室巩建鸣教授、陈嘉南工程师、凌祥副教授、张礼敬副教授、喻红梅副
教授和耿鲁阳讲师在课题研究和实验过程中给予了大量的指导和帮助,对论文所做
的工作进行了有益的讨论,在此表示真挚的感谢!
在课题研究过程中,得到了本研究室全体博士生、硕士生的大力支持与帮助,
在此深表感谢!感谢我的导师和研究室全体成员在这 4 年中对我生活上的照顾!
感谢南京航空航天大学明晓教授在实验上给作者提供的重要帮助。感谢南京航
空航天大学郑发明师傅、史志伟博士、叶栋同学在实验过程中的积极配合与帮助!
感谢我的父母和公婆对我的无私关怀与支持,他们在我学业期间毫无怨言地承
担了全部的家务和照顾孩子的重任,使我的论文最终完成。
感谢在本课题研究和论文完成过程中提供帮助的扬子石化公司成员。
最后,在本文完成之际,向所有为我的论文提出宝贵意见的开题报告评审和论
文评阅教授表示深深的谢意!
特别感谢我的爱人朱建江,在我求学过程中,给我生活上的照顾和经济上的支
持,是他的汗水和辛勤,使本文得以顺利完成。最后,非常歉疚地对我 2 岁的儿子
朱葵宁说一声对不起,为我求学过程中所不能给予的、今生无法补偿的母爱和关怀
而深深抱歉和自责。
作者翟俊霞
2002 年 5 月
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南京工业大学博士学位论文
摘要
过程工业中的工业炉在目前的化工生产中应用非常广泛。其中的管式炉几乎
参与了各类工艺过程。许多管式炉是化工生产的核心设备,也是能源消耗的主要
设备。未来化学工业向着安全、清洁、高效生产的方向发展,因此,今后的工业
炉设计应该符合节约能源,缩小设备体积,提高单位体积产率的要求。化工过程
强化技术是被认为是实现此目标的重要途径之一。化工过程设备强化技术可使装
置紧凑化。对工业炉的强化,可设计紧凑式工业炉。紧凑式工业炉,即保持与传
统炉子主产品产量相同的情况下,体积明显缩小的炉子。
工业炉强化技术的关键问题主要有:强化措施选择、强化技术设计与分析、
强化结构的设计优化、强化技术对生产工艺的影响分析等等。针对上述关键问题,
本文进行了研究和探讨,
借鉴静态混合式设备在其它化工设备强化中的应用,分析其原理,同样适合
在工业炉管中应用于设备强化。根据此思路,引入了静态混合式炉管的结构。
工业炉中,流体在边界层所形成的热阻是固体壁面侧热阻的上千倍,而且流
体在壁面的边界层部分是流动速度与主流速度相差最大、最不均匀的部分,采取
扰流措施,破坏流体边界层效果最明显。静态混合式炉管用于工业炉管中,目的
是使物料混合更均匀,导致传热均匀。传热和混合被强化的程度取决于在管内形
成合理的流场。合理的流场通过设计静态混合式炉管的结构获得。所以,对流场
的设计通过设计、优化静态混合式炉管结构达到。
本文分析了静态混合式炉管的结构型式,对设计结构的结构参数,以及对工
业炉安全可靠性、生产工艺等的影响等问题进行了研究。根据研究结果,优化静
态混合式炉管结构和使用方法。工业炉装置庞大,生产工艺复杂,而且常常在高
温、高压或者易燃、易爆等条件下运行,对其研究应用计算流体动力学计算机模
拟和实验室研究。在有限空间、有限时间下取得的数值模拟和实验结果放大到实
际工业装置的过程中,本文应用了虚拟工程放大技术。并且,为保证虚拟工程放
大研究中实验模型制造的效率,采用快速原型制造技术快速制造产品实验模型。
本文的主要内容包括:
1、总结了化工过程强化技术的现状和强化研究的途径,提出了紧凑式工业
炉的概念。分析了几种主要的工业炉强化方法之优缺点,确定用静态混合式炉管
进行局部强化的方法。分析了对静态混合式炉管进行强化研究的内容,提出了虚
拟工程放大的研究方法,指出研究中提高效率的关键是应用计算模型快速生成技
术和快速原型技术制造模型。
I
过程工业紧凑式工业炉关键基础技术的研究摘要
3、尝试在化工产品中应用快速原型技术,快速制造产品模型,提高虚拟放
大研究的效率。根据静态混合式炉管的创型方法,将创新设计的静态混合式炉管