单通道滚筒干燥机内温度场和流场数值模拟

论文摘要

单通道滚筒干燥机在对流为主的传热方式下工作,广泛应用在化工、轻工、煤炭、建材以及冶金行业。本文介绍了滚筒干燥机的工作原理,并采用流体力学软件FLUENT对干燥机内的气相和离散相流场分别进行分析和研究,得到对实际干燥操作具有指导意义的模拟结果。首先运用前处理技术完成网格的划分工作,然后进入后处理中进行一系列的设置和研究分析。本课题主要是从气相和气固两相两方面进行模拟,气相模拟选用的物理模型较少,所以迭代的速度很快。改变入风口尺寸重新模拟气相流场,并分析对比改变前后流场的变化情况,气相模拟的结果可为气固两相的分析提供参考。气固两相的研究过程比较复杂,采用标准的k—ε模型,蒸发模型,混合模型,组分输运模型,选择SIMPLE算法,入口和出口分别施加速度入口和压力出口的边界条件,得到流场的速度图、温度图和压力图,改变方案即增加挡风板,再次模拟气固两相流通过对比得出结论：增加挡风板十扰了气流的流动,不仅使能源得到了有效的利用,而且降低了最大流速,增加了物料滞留时间,提高了干燥质量。分别选取uniform和Rosin-Rammler方法定义颗粒尺寸分布,使用离散相模型进行颗粒运动轨迹的研究,模拟出颗粒直径分布图和颗粒停留时间分布图。得出结论：颗粒直径越小,追随性越好,在滚筒内受热风影响越显著；颗粒直径越大,惯性越大,离心力越大。本文基于流体力学和传热学的理论,提供了单通道滚筒干燥机内流场的研究方法,得到了气固两相流场连续相和离散相的模拟结果,并与生产实际相比较,证明了所得结果是符合实际的。这些结果为后期干燥机结构的改进和优化提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 干燥技术及其设备
• 1.1.2 干燥技术的未来趋势
• 1.2 干燥原理
• 1.2.1 外部条件控制的干燥过程
• 1.2.2 内部条件控制的干燥过程
• 1.3 滚筒干燥机概况
• 1.3.1 滚筒干燥机的国内外现状
• 1.3.2 滚筒干燥机工作原理
• 1.4 本文研究意义、研究内容及研究方法
• 1.4.1 课题研究意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.4.3 研究方法
• 第2章 计算流体动力学理论基础
• 2.1 计算流体动力学
• 2.1.1 计算流体动力学概述
• 2.1.2 流体力学基本概念
• 2.1.3 流体流动的分类
• 2.2 湍流在CFD中的应用
• 2.2.1 湍流的性质
• 2.2.2 FLUENT中的湍流模型
• 2.3 气固两相流理论
• 2.3.1 两相流研究现状
• 2.3.2 两相流基本方程
• 第3章 滚筒干燥机内流体有限元模型的建立
• 3.1 前处理器Gambit概述
• 3.1.1 几何建模能力
• 3.1.2 网格生成技术
• 3.1.3 区域模型的设定
• 3.2 计算模型的建立
• 3.2.1 滚筒干燥机结构简化
• 3.2.2 流体计算模型相关参数
• 3.3 网格的划分
• 3.4 边界条件定义
• 3.5 褐煤的物理性质
• 3.6 本章小结
• 第4章 滚筒干燥机内单相流的数值模拟
• 4.1 传热学基础
• 4.1.1 热传导
• 4.1.2 热对流与对流换热
• 4.1.3 热辐射
• 4.2 参数计算
• 4.2.1 滚筒干燥机工作参数确定
• 4.2.2 进出口边界条件计算
• 4.2.3 边界湍流参数确定
• 4.3 求解的设定
• 4.3.1 求解器的选择
• 4.3.2 湍流模型
• 4.3.3 能量模型的设定
• 4.3.4 操作环境的设置
• 4.3.5 算法的选择
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 气相温度场
• 4.4.2 速度场模拟
• 4.4.3 静压分析
• 4.4.4 动压分析
• 4.4.5 总压分析
• 4.5 变结构气相模拟
• 4.5.1 变结构气相速度场
• 4.5.2 变结构气相温度场
• 第5章 滚筒干燥机内温度场和流场数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 物料模型的简化
• 5.3 气固两相流模拟
• 5.3.1 入料口速度
• 5.3.2 边界湍流参数确定
• 5.4 求解的设定
• 5.4.1 多相多组分的设置
• 5.4.2 物理材料的定义
• 5.4.3 蒸发模型
• 5.5 结果分析
• 5.5.1 温度场分析
• 5.5.2 速度场分析
• 5.5.3 压力场分析
• 5.6 改变滚筒干燥机结构
• 5.6.1 变结构温度场
• 5.6.2 变结构速度场
• 5.6.3 变结构压力场
• 5.7 离散相模拟
• 5.7.1 离散相模型的设定
• 5.7.2 定义射流源
• 5.7.3 离散相边界条件
• 5.7.4 结果分析
• 5.8 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢