链篦机球团料层干燥预热过程温度场建模仿真及参数优化

摘要

链篦机是球团矿料进行脱水干燥和预热氧化的热工设备，球团矿料干燥预热过程的温度场直接影响着球团的质量以及对热能的合理利用。本文在链篦机球团料层干燥预热过程温度场进行的建模仿真分析以及风温、风速、球团粒径和篦床移动速度等参数优化方面开展的研究，能够有效地预测整个球团矿料干燥预热过程以及选择良好的干燥预热参数，对提高链篦机生产效率具有重要作用。
　　本文根据传热学、多孔介质传热传质学、流体力学和缩核模型理论，建立了篦床移动状态下球团料层干燥预热过程的温度场模型、球团内部的导热模型、干燥段的水分析出模型以及预热段的磁铁矿料氧化模型。基于Ansys Fluent软件，利用其所提供的用户自定义函数（UDF）对所建数学模型进行数值仿真，获得了球团料层干燥预热过程中料层温度、湿度以及磁铁矿料氧化率的变化规律。并利用球团厂所提供的检测数据对仿真结果进行验证分析，结果表明该模型适用于工程实际。
　　针对影响链篦机球团干燥预热过程的风温、风速、球团粒径以及链篦机篦床移动速度等参数进行了分析和优化，并利用优化后的参数对干燥预热过程进行数值仿真，结果表明参数优化后的球团干燥预热效果明显提高:干燥段结束时的球团湿度从优化前的1.8kg/m3减小为0.12kg/m3，预热段中的球团磁铁矿料的氧化率较优化前提高9.25％，预热段结束时的球团温度从优化前的1259K提高至1303K。
　　本文的研究成果可为链篦机的温度场调节控制提供理论依据，为优化干燥预热过程工艺参数提供参考，对降低能耗以及延长链篦机寿命也具有重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究的主要内容及章节安排

第二章 链篦机球团料层干燥预热温度场建模理论

2．1 传热学理论

2．1．1 导热

2．1．2 辐射

2．1．3 对流传热

2．2 多孔介质理论

2．2．1 多孔介质简介

2．2．2 多孔介质传热传质过程研究方法

2．2．3 多孔介质中的能量方程

2．3 缩核模型

2．3．1 气膜扩散控制模型

2．3．2 灰层扩散控制模型

2．3．3 化学反应控制模型

2．4 计算流体力学概述

2．5 本章小结

第三章 链篦机球团料层千燥预热温度场的数学建模

3．1 链篦机球团料层干燥预热过程分析

3．2 球团料层模型的建立

3．2．1 建模假设条件

3．2．2 气体控制方程的建立

3．2．3 球团料层控制方程的建立

3．3 球团料层干燥预热过程中的物理化学过程

3．3．1 水分析出模型

3．3．2 磁铁矿料氧化模型

3．4 本章小结

第四章 链篦机球团料层干燥预热温度场的数值仿真

4．1 仿真平台筒介

4．1．1 前处理软件GAMBIT简介

4．1．2 Fluent软件简介

4．1．3 后处理软件Tecplot 360简介

4．2 物理模型的建立及区域的离散化

4．2．1 物理模型的建立

4．2．2 区域的离散化

4．3 数值求解方法和方程的定解条件

4．3．1 数值求解方法

4．3．2 边界条件和初始条件

4．4 数值仿真结果分析及验证

4．4．1 温度分布

4．4．2 湿度分布

4．4．3 磁铁矿料氧化率分布

4．4．4 模型验证

4．5 本章小结

第五章 链篦机球团料层干燥预热参数优化及效果分析

5．1 球团料层干燥预热影响因素分析及参数优化

5．1．1 入口风速对料层干燥预热工艺的影响分析及优化选择

5．1．2 入口风温对料层干燥预热工艺的影响分析及优化选择

5．1．3 球团粒径对料层干燥预热工艺的影响分析及优化选择

5．1．4 链篦机机速对料层干燥预热工艺的影响分析及优化选择

5．2 优化参数干燥预热效果分析

5．3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文