6000T/D旋风预热器内气固两相流的研究及工程应用

摘要

随着我国水泥行业发展的下滑，国内水泥企业面临着转型以及市场转移。目前国内大型水泥企业将市场重心拓展至国外特别是非洲等水泥行业比较落后的地区，并为其提供新型干法水泥生产线的设计及指导工作。与此同时，数值仿真技术由于简便、低成本等特点被用于水泥生产线的设计优化与生产指导中，以提高水泥生产线的品质，增加产品的竞争力。在数值仿真技术的基础上，本文以阿尔及利亚6000T/D五级旋风预热系统为对象，以实际工况参数为基础，建立一套完整有效的求解方案，全面了解并科学的分析旋风预热器内气固两相流流场，从而对预热系统工程设计及工业生产实践进行更好指导。 首先，本文对旋风分离器内三种常用的气固两相流模型：DPM单向耦合模型、欧拉多相流模型以及CFD-DEM耦合模型进行了分析探讨，主要对比了DPM单向耦合模型和欧拉多相流模型对C1旋风筒内流场和收尘效率的模拟情况，并与单体实际数据对比，分析可得，当预热器系统的产量过大时，局部计算域中次相体积分数可能会超过10%，导致DPM模型误差偏大，此时欧拉多相流模型更加适用。 其次，本文对五级预热器进行了系统的模拟分析，各级旋风筒的压力场、速度场、收尘效率、压损以及出口温度与实际情况较为符合，C1左右两级旋风筒出现“偏流”和“偏温”现象，经研究分析，原因是气固间的换热在换热管中并没有完全达到热平衡状态，由于旋风作用，导致了高温与低温气流的两极分化。解决方案如下，可以在C2旋风筒出口加装整流器，减小C2出口气流的旋度，结果显示，“偏流”和“偏温”消失。对于换热效率的研究，本文在前人研究的基础上，对换热效率算法进行了一定的完善和补充，使其也能适用于旋风预热器非绝热状态下的计算。 最后，本文对旋风预热器的关键结构和参数进行了分析研究，主要包括撒料箱下料底板倾角、C1返风锥以及系统风速。结果显示，下料底板倾角在15°时换热效果最好；返风锥能提高C1旋风筒的收尘效率，且原始半径和安装高度比较合适，改变半径或者调整安装高度均会导致收尘效率减小；系统风速在17m/s-19m/s之间较为合适，增大风速会导致压损增加，收尘效率由于局部涡流和颗粒与壁面的碰撞受风速的影响逐渐增加，呈现出先升后降的趋势。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景

1.2 课题来源

1.3 研究目的和意义

1.4 国内外研究现状

1.5本文研究框架图及主要内容

1.6 本章小结

第2章 旋风预热器的网格划分以及边界条件设置

2.1 旋风预热器的几何模型

2.2 旋风预热器的网格处理

2.3 旋风预热器边界条件的设置

2.4 UDF的应用与并行化处理

2.5 本章小结

第3章 旋风预热器内气固两相流的计算方法

3.1 旋风预热器内气固两相流的计算方法简述

3.2 旋风预热器内湍流模型

3.3拉格朗日法和欧拉法的数学模型对比

3.4 拉格朗日法和欧拉法计算流场的对比分析

3.5 DPM模型与欧拉多相流模型收尘效率与实际数据的对比

3.6 本章小结

第4章 旋风预热器模拟结果的分析

4.1 旋风预热器流场分布

4.2 旋风预热器换热效果分析

4.3 旋风预热器的收尘效率、压损及出口温度

4.4 旋风预热器换热效率研究

4.5 本章小结

第5章 旋风预热器关键结构和参数的分析研究

5.1 撒料箱下料底板倾角的影响

5.2 C1旋风筒内返风锥的影响

5.3 旋风预热系统风速的影响

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文