水泥粉体气力均化过程的数值模拟研究

论文摘要

在水泥生产过程中,混合（或均化）是一个非常重要的操作环节,其均化效果直接影响水泥产品的最终质量。目前水泥生产过程中的均化方式多采用机械搅拌式,尤其是在对水泥熟料中加入适量配比的高细混合材料。但由于机械式均化方式耗能较大,又不能满足水泥大量生产的需求,因此采用气力式均化方式对水泥粉体进行混合是其大规模生产的保障,也是节约资源的重要途径。气力均化库内部流场非常复杂,影响粉体颗粒气力均化效果的因素众多。以计算流体力学为理论基础的数值模拟技术可对流体流动、多相流等领域的研究进行准确的分析与预测,相关研究成果已经在一些工程领域得到了检验与应用。数值模拟技术的飞速发展及其在工程领域的应用,为描述粉体颗粒的气力混合过程以及参数、结构的优化提供了良好的研究方法。本文系统分析了水泥合成技术的工艺流程,介绍了常用的水泥合成气力均化设备的结构及其工作原理,论述了流态化颗粒的混合均化运动过程及相关机理,结果表明,气流速度是决定粉体颗粒流化状态的关键因素；在此基础上,以水泥熟料为例,对其临界流化速度进行了理论分析与计算,采用欧拉—欧拉模型对其二维流场的流态化过程进行数值模拟,得到了在各种操作条件下粉体颗粒的流化状态、粉体颗粒的流化高度、均化装置内最大静压及颗粒最大体积分数（浓度）；分析了水泥粉体颗粒的流动性及其影响因素,并采用欧拉-欧拉方程对两种不同物性的颗粒的混合均化过程进行数值模拟,分析了粉体颗粒粒径、密度、均化库高径比、粉体颗粒的堆积高度及不同充气方式对均匀效果的影响。数值模拟的结果全面、直观地反应了气力均化库内的颗粒的流动状态,为研究气力均化库混合机理提供了有效的理论依据,也为均化库的结构优化和操作参数的优选提供了重要的理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.1.1 课题的研究来源
• 1.1.2 课题的研究背景
• 1.2 本课题相关技术研究现状
• 1.2.1 CFD技术在水泥生产中的应用
• 1.2.2 CFD的理论模型
• 1.2.3 数值模拟在颗粒均化方面的应用
• 1.2.4 关于水泥粉体混合均匀性评价的研究
• 1.3 本研究课题的目的和意义
• 1.4 本研究课题的主要内容及技术路线
• 1.4.1 研究的主要内容
• 1.4.2 本研究的技术路线
• 第2章 气力均化机理研究
• 2.1 水泥合成技术的工艺流程
• 2.2 水泥合成均化设备
• 2.3 气力均化机理研究
• 2.3.1 颗粒的流态化
• 2.3.2 流态化颗粒的混合运动
• 2.4 本章小结
• 第3章 气力均化二维流场的数值模拟
• 3.1 水泥粉体的理论流化速度计算
• 3.1.1 气体通过固定床的压降
• 3.1.2 临界流化速度的理论计算公式
• 3.1.3 水泥粉体临界流化速度的计算结果
• 3.1.4 颗粒带出速度的计算
• 3.2 水泥熟料二维流态化数值模拟
• 3.2.1 二维模型网格的划分
• 3.2.2 计算模型的选取
• 3.2.3 控制方程
• 3.2.4 边界条件的确定
• 3.3 二维流场的数值计算结果分析
• 3.3.1 数值计算结果
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 均化效果影响因素研究
• 4.1 均化效果的评价方法
• 4.2 水泥熟料的流动特性
• 4.2.1 粉料的流动特性影响因素
• 4.2.2 颗粒特性对流态化的影响
• 4.3 粉体颗粒粒径对均化效果的影响
• 4.3.1 粉体物料选取及模型的确定
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 粉体颗粒密度对均化效果的影响
• 4.4.1 粉体颗粒物性分析及计算模型的确定
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 均化室的高径比对均化效果的影响
• 4.5.1 高径比及计算模型的确定
• 4.5.2 结果分析
• 4.6 料层高度对均化效果的影响
• 4.7 充气方式对均化效果的影响
• 4.8 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文