旋流干燥器两相流特性研究

论文摘要

旋流干燥器内部的流场非常复杂,使旋流干燥器的研究存在很大的困难。目前,对于旋流干燥器的理论与实验研究均较少,本文将借助计算机模拟技术对其进行初步的探讨。本文采用计算流体力学软件-FLUENT对旋流干燥器中气固两相流速度场进行了模拟分析,研究了单相流场、气固两相流动、颗粒体积分率、颗粒运动轨迹、压力损失、温度场、湿度分布。采用标准k ?ε模型、RNGk ?ε模型、Reynolds应力模型（RSM模型）三种模型对气相流场进行模拟,得出RSM模型更适合于模拟旋流干燥器内的流场。然后,采用RSM模型对气固两相流进行耦合计算。通过对气相流场的模拟得出了旋流干燥器内速度场轴向、径向、切向三维分速度的分布特征。三者以切向速度为主,其值远大于其它两个方向的速度。并进一步分析压力的分布规律以及和进口气速的关系。气固两相流动模拟时,气相采用欧拉坐标系下的RSM模型,颗粒相分别采用两种模型-欧拉坐标系下的混合模型和拉格朗日坐标系下的随机轨道模型（即离散相模型）进行模拟,同时考虑气固两相间的耦合作用。混合模型模拟得到了固体颗粒在干燥器内的分布情况,结果表明固体颗粒的体积分率随着径向的增大而增大,在干燥器壁含量最高。随机轨道模型模拟给出了颗粒的运动轨迹,表明颗粒在干燥器内的运动具有很大的随机性;空气温度分布图表明干燥器内温度随轴向高度增大而递减;湿度分布图表明水汽分布在壁面附近浓度相对较高,并且轴向位置越高干燥室水汽含量越多。为了更好了解颗粒的流动特性,对旋流干燥器内停留时间的分布进行研究。通过实验数据与模拟结果的对比,发现数值模拟的结果和实验数据较为吻合,从而验证了所建模型的正确性,对今后的设计以及理论研究工作具有一定的参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 旋流干燥器简介
• 1.2.1 旋流干燥器工作原理
• 1.2.2 旋流干燥器的优点
• 1.3 旋流相关研究
• 1.4 停留时间相关研究
• 1.5 气固两相流
• 1.5.1 气固两相流简介
• 1.5.2 气固两相特点
• 1.6 两相流研究进展
• 1.7 CFD 简介
• 1.8 FLUENT 软件简介
• 1.9 研究的内容
• 第2章 旋流干燥器的计算模型及基本方程
• 2.1 流体的控制方程
• 2.1.1 质量方程
• 2.1.2 动量方程
• 2.1.3 能量方程
• 2.2 湍流模型简介
• 2.2.1 标准k-ε模型
• 2.2.2 RNG k-ε模型
• 2.2.3 Reynolds 应力模型
• 2.3 两相耦合作用
• 2.3.1 动量交换
• 2.3.2 热量交换
• 2.3.3 质量交换
• 2.3.4 相间交换项的亚松弛
• 2.4 数学模型及方法
• 2.4.1 数学模型及基本假设
• 2.4.2 网格划分
• 2.4.3 网格无关性验证
• 2.4.4 不同湍流模型的评价
• 2.4.5 边界条件及初始条件
• 2.4.6 模拟算法及策略
• 2.5 多相流模型与离散相模型
• 2.5.1 多相流模型
• 2.5.2 离散相模型
• 2.6 温度及湿度模拟方法
• 第3章 实验部分
• 3.1 实验装置
• 3.2 流场速度的测定
• 3.3 进出口压降的测定
• 3.4 停留时间分布的测定
• 第4章 数值模拟结果的分析讨论
• 4.1 旋流干燥器气相流场分析
• 4.1.1 速度场分析
• 4.1.2 流场矢量分析
• 4.1.3 流场的湍流结构
• 4.1.4 压力分布
• 4.1.5 挡圈数n 对流场的影响
• i 对流场的影响'>4.1.6 不同入口气速u_i对流场的影响
• 4.2 旋流干燥器两相流分析
• 4.2.1 混合模型模拟结果分析
• 4.2.2 离散相模型模拟结果分析
• 4.2.3 旋流干燥器温度场分析
• 4.3 数值结果与实验结果对比验证
• 4.3.1 流场速度对比
• 4.3.2 平均停留时间对比
• 4.3.3 进出口压降对比
• 第5章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果