数值模拟在膨胀塔结构研究和优化设计中的应用

论文摘要

干冰膨胀烟丝技术在我国的应用日趋广泛,而膨胀塔是干冰膨胀烟丝工艺技术中的关键设备,该设备对膨胀烟丝的品质、质量有重要影响。为研究不同的膨胀塔结构对干冰膨胀烟丝填充值和整丝率的影响,优化设计膨胀塔结构,以“S”型、“Z”型膨胀塔为研究对象,借助流体计算软件(FLUENT)分别对其3D实体造型内部物流的流线、速度场、物料输运进行模拟,并对模拟结果进行了对比分析和实物验证。结果表明,“S”型膨胀塔内风速矢量比“Z”型膨胀塔分布均匀,涡流小;烟丝与“S”型膨胀塔内壁碰撞次数比“Z”型膨胀塔少,干冰膨胀烟丝的填充值和整丝率高。使用其结果可用以指导膨胀塔的设计或系统改造。商业化流体计算软件FLUENT对有效改进设计,节省研制费用、缩短开发周期具有重要的辅助作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 膨胀烟丝线中膨胀塔数值模拟的背景及其意义
• 1.2 国内外在计算机模拟优化设计领域的研究动态
• 1.2.1 国内膨胀塔CFD辅助结构设计的现状
• 1.2.2 国外膨胀塔CFD辅助结构设计的现状
• 1.3 本论文的研究内容
• 1.4 本论文的主要目的
• 第二章 膨胀烟丝工艺技术
• 2.1 概述
• 2.2 气流干燥的技术
• 2.2.1 气流干燥原理
• 2.2.2 干燥设备的特点
• 2.3 气流干燥技术及设备在烟草加工中的应用
• 2.3.1 烟草气流干燥技术及设备的研究
• 2.3.2 与滚筒式干燥方式的比较
• 2.4 气流干燥对烟丝质量的影响
• 2.4.1 对烟丝物理特性的影响
• 2.4.2 对卷烟烟气和感管质量的影响
• 2.4.3 对烟丝加工质量的影响
• 2.5 烟草气流干燥技术研究进展
• 2.5.1 气流干燥对烟丝化学成分的影响
• 2.5.2 烟草气流干燥过程的数值模拟
• 2.6 气流干燥设备内传热的主要方式
• 2.6.1 热传导
• 2.6.2 对流换热
• 2.6.3 热辐射
• 第三章 CFD技术简介及数值计算方法
• 3.1 CFD计算流体动力学概述
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 计算流体动力学的特点
• 3.1.3 计算流体动力学的应用领域
• 3.2 常用的离散化方法
• 3.2.1 有限差分法
• 3.2.2 有限元法
• 3.2.3 有限体积法
• 3.3 FLUENT数值计算软件包介绍
• 3.3.1 FLUENT软件的基本介绍
• 3.3.2 FLUENT软件的程序结构
• 第四章 数学模型的建立
• 4.1 CFD计算流体力学控制方程
• 4.1.1 质量守恒方程
• 4.1.2 动量守恒方程
• 4.1.3 能量守恒方程
• 4.2 湍流的数值模拟方法
• 4.2.1 湍流概述
• 4.2.2 湍流的数值模拟方法
• 4.3 湍流的数学模型
• 4.3.1 零方程模型
• 4.3.2 一方程模型
• 4.3.3 k-ε双方程模型
• 第五章 膨胀塔内物流的数值模拟
• 5.1 物理模型
• 5.1.1 膨胀塔介绍
• 5.1.2 问题模型
• 5.1.3 计算模型假设
• 5.2 网格划分
• 5.3 边界条件设置
• 5.3.1 边界条件设置
• 5.3.2 计算方法及收敛条件
• 5.4 计算结果、分析、结论
• 5.4.1 计算结果
• 5.4.2 计算结果分析及结论
• 5.5 试验验证
• 5.5.1 膨胀塔结构对换热效果的影响
• 5.5.2 工艺气体温度对烟丝品质的的影响
• 5.5.3 工艺气体流速对烟丝品质的影响
• 5.5.4 “S”型膨胀塔和“Z”型膨胀塔性能对比
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况