基于离散元法的炭素回转窑颗粒流数值模拟

摘要

随着近年来铝行业的发展力度越来越大，用于生产预焙阳极的煅后焦的质量吸引了越来越多人的眼球。而我国的煅后焦的质量并不是特别理想，与国外的先进水平存在一定的差距，主要体现为炭烧损较大，这可以归结为对回转窑的操作参数调节的不合理。在石油焦煅烧质量的评价标准中，物料活性层厚度及物料抛落时间所占百分比是两个很重要的评价指标。设定合理的工艺参数，使得回转窑内横截面的活性层厚度和滚落时间百分比更为合理，才能达到提高煅后焦质量，达到国外先进水平的目的。
　　本文采用C语言编写离散元代码，应用离散元法来模拟回转窑中石油焦的运动情况。考虑了不同窑内径和窑转速对活性层厚度分布以及最大厚度处颗粒速度分布的影响，并且将离散元（DEM）模拟结果与李勇等人实验获取的数据进行了对比，对比结果显示DEM模拟结果能与实验数据较好的吻合，也对模拟中的数据趋势进行了合理的解释，验证了离散元模拟回转窑中石油焦颗粒的有效性。在对结果的分析中发现，回转窑中的物料横截面的活性层厚度近似呈现抛物线型，在物料表面的垂直平分显出厚度达到最大，而在两端则为零，这与前人的研究成果极为符合。另外，窑转速及窑内径的变大均能使活性层厚度变大，相对而言，窑内径影响更为明显。在活性层最大厚度处，活性层和柱塞流区内的速度分布均呈现近似的线性分布，而在两者交界，即分界线处，无明显的线性关系，经分析可能是由活性层和柱塞流区不同运动方向的剪切作用造成的。
　　在探究颗粒物料滚落时间百分比的影响因素中，发现倾斜角对此因素影响甚微，而窑转速和窑内径的的影响效果则较为显著。进一步研究发现，在窑内径较小时，内径值的增大可以快速提高滚落时间百分比，当内径有一定大小时，则其影响效果明显减弱。这些分析结果将为回转窑的实际运行提高参考价值。

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1 绪论

1.1 石油焦概述

1.2 煅烧石油焦概述

1.3 问题的提出及研究的意义

1.4 国内外研究现状

1.5 本课题的研究任务和主要研究内容

2 离散元法基本原理及设计方法

2.1 颗粒流简介

2.2 物料颗粒动力学分析的主要方法

2.3颗粒接触理论

2.4本文设计计算方法

2.5本章小结

3 窑内物料活性层厚度和速度分布的模拟及分析

3.1 滚落状态下颗粒运动过程分析

3.2 物料运动分析

3.3 几何关系分析

3.4 颗粒物料滚落时受力情况分析

3.5 确定活性层最大厚度

3.6 活性层厚度及颗粒速度模拟结果

3.7 本章小结

4 回转窑横截面内颗粒滚落过程研究

4.1 横截面滚落时间的理论计算

4.2 离散元法滚落时间模拟结果

4.3 本章小结

5 全文总结及建议

5.1 全文总结

5.2 对后续研究的建议

致谢

参考文献