W型辐射管的高温变形分析及合理结构探讨汪建新郑小伟吴启明（1.内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古，包头014010；2.北京京诚凤凰工业炉工程技术有限公司）摘要：用数值模拟的方法研究了W型辐射管在高温不均匀温度场中的变形规律以及温度对其应力分布情况的影响。在此基础上对在两个弯头之间增加铰链连杆的效果做出评价。文中涉及的分析方法和结构改进对解决类似问题具有一定的参考价值。关键词：W型辐射管；流固耦合；高温变形；热应力；结构改进：TF062文献标识码：：DeformationanalysisofWradianttubeinhightemperaturefieldandreasonablestructuretostudyWang激an-xin1,a,ZhengXiao-wei2,b,WuQi-ming3,c1,2DepartmentofMechanicalEngineering,InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology,Baotou,InnerMongolia014010,China3CeriPhoenixIndustrialFurnaceco.,LTD,Bei激ng,Chinaankdwjx@imust,b13847259471@163,cqmwu@263AbstractStudiedthedeformationregularityofwradianttubeinhighuneventemperaturefieldusingnumericalsimulationmethodandalsostudiedtheinfluenceoftemperatureonthestressdistribution.Basedonthis,evaluatedtheeffectofincreasingahingeconnectingroddevicebetweentwobends.Theanalysismethodsandthestructureimprovementofthispapermentionedhaveacertainreferencevalueonasimilarproblem.KeywordsWradianttube;hightemperaturedeformation;thermalstress;structureimprovement引言辐射管常用在需要将工件与燃烧环境隔离的工业应用中[1]。W型辐射管加热装置的工作原理是燃料在密封的辐射套管内燃烧，辐射管表面受热后主要以热辐射的形式把热量传递给被加热工件。由于燃烧产物不与工件接触，所以不会造成燃烧气氛对工件的氧化或烧损[2-3]。炉内气氛及加热温度便于控制和调节，适用于冷轧带钢等产品的高质量加热要求。辐射管虽然有很多优势但仍存在一些自身的缺陷，如：辐射管表面温度不均匀、NOx排放量较高、寿命不高等。辐射管中的高温烟气通过对流和辐射将热量传递给辐射管。辐射管在850℃——1080℃的高温恶劣环境下长期连续工作，在交变热应力和自重的共同作用下，易发生弯曲疲劳损坏及蠕变变形破坏，造成辐射管失效。辐射管由于应力破坏而导致的失效仍然是工业中一个备受关注的问题[4]。许多学者对辐射管的发展做出了很大的贡献，例如，egall研究了稳定状态下燃气陶瓷辐射管的机械性能[5]。Y.Orcan[6],Candella[7]和Eraslan[8]研究了辐射管的热应力。也有很多学者对辐射管的内部燃烧流场以及温度分布做了很大贡献[9]。为此就必须合理的设计辐射管的结构和改善管体的材质，优化辐射管管内燃烧状态，同时还要考虑辐射管的传热效率问题、环保问题等。因此全面地研究辐射管的设计理论和方法具有十分重要的意义。本文仅从机械结构设计的角度较系统地分析了目前辐射管在不均匀温度场下的变形及应力分布规律，提出辐射管现存的问题。并在此基础上进行了结构改进，并用数值模拟方法对改进效果进行评估。结果表明：所述的改进简单、实用、有效。1W型辐射管的工作原理[10]W型辐射管由辐射管本体、烧嘴、空气预热器、热空气通道4部分组成，如图1。工作原理：将B端（燃烧器）一次空气和燃气（燃油）在端座部预混，并经电子打火器点火通入辐射管体内。从鼓风机来的常温二次空气经由自控系统控制的四通换向阀切换进入蓄热式燃气辐射管燃烧器B，经过燃烧器B的蜂窝陶瓷蓄热体时被加热，在极短的时间内常温二次空气被加热到接近辐射管体的温度（一般低50—100°C），被加热的高温空气和燃气经特殊设计的旋流式烧嘴喷口以高速旋转气流卷吸周围烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃气，燃气在贫氧状态下（2%—15%O2）实现燃烧，燃烧后的高温热烟气经过另一侧的蓄热式燃烧器A排出的同时，将A的蜂窝陶瓷蓄热体加热，然后以低于150°C的低温烟气经四通换向阀排入大气。经过一段时间后，A内蓄热体的热容量达到饱和，同时辐射管排烟端（A端）的温降也达到最大。此时通过四通换向阀与煤气换向阀改变空气与燃气的流向，B烧嘴再...