工业炉
石油化工设备技术，2017，38（6）·30· Petro-Chemical Equipment Technology
方箱炉集合风道流量分配优化设计研究
张伟乾，周桂娟
（中国石化工程建设有限公司，北京100101）
摘要：采用CFD(ComputationalFluidDynamics)技术对方箱炉不同结构集合风道内空气流动过程进行了数值模拟研究。计算得到了风道内流场、压力场及支风道出口流量分布的详细信息，揭示了集合风道截面变化对支风道流量分配的影响规律。计算结采表明：方箱炉集合风道采用变斜率变截面方式有利于支风道流量分配均匀，且应始端到末端斜率逐渐减小。
关键词：集合风道流场压力场流量分配
数值模拟
doi:10.3969/i.issn.1006—8805.2017.06.007
在炼油装置中，典型的管式加热炉多采用多
燃烧器燃烧供热方式，而燃烧器燃烧用空气大多采用集合风道供给每个燃烧器，因此优化加热炉集合风道的设计对加热炉燃烧器合理稳定供风，保证多个燃烧器安全稳定的燃烧，防止燃烧器熄火以及保证加热炉的发热量等方面具有重要的作用。因与燃烧器相连的集合风道沿程阻力及流量分配难以精确计算，为此有必要对集合风道内流动过程进行CFD模拟计算分析。采用CFD作设计工具可以优化方案，提高设计的准确性，同时降低设计风险。本研究通过对典型方箱炉集合风道内流动过程进行模拟计算，考察集合风道儿何结构变化对流速分布、压力分布和风道出口流量分配的影响关系，探索集合风道内的流速分布、压力分布以及风道出口流量的分配规律，为集合风道
的结构优化和工程设计提供理论指导。 1计算模型
描述风道内空气流动过程的基本方程组包括连续性方程和动量方程。因风道内空气流动处于流流动状态（见表1），因此计算中选择标准k-两方程漏流模型，它是在一方程模型的基础上新引入关于瑞流耗散率。的方程后形成的，是目前使用最广泛的瑞流模型。
对标准-s瑞流流动模型，其与基本方程组的通用形式如下：
a
a
（u）=
d
%(pg)a
eari
公式石方教号的解释见文献【1】。
S（1)
表1风道内空气物性及入口、出口条件数据
计算对象温度1/0
密度e/(kg*m-") 粘度产/(Pa·s)
人口处质量流量W/(kg·s-1)
雷诺数Re
出口压力Pout/Pa（表）物理模型及工况条件
2
2.1物理模型
方箱炉集合风道
280 0.639 2.87×105 2.77 6.9×104 0
分别对方箱炉4种不同的集合风道结构形式
进行模拟计算，计算模型如图1所示。空气从入口进入集合风道，沿空气流动方向分配给20个支风道。支风道沿流动方向编号为1～20（见图1），支风道出口尺寸为570mm×106mm。4种不同
结构形式几何参数变化见表2。 2.2计算工况条件
计算工况条件及物性数据根据加热炉工艺计算确定，具体见表1。边界条件为：进口设速度入口边界，出口设压力出口边界。
收稿日期：2017-08-27。
作者简介：张伟乾，男，2001年毕业于中国石油大学（北京）化学工艺专业，硕士，长期从事石油化工加热炉设计工作，已发表论文2篇，高级工程师。
Email: zhangweiqian@sei.com.cn.