混合粒径褐煤振动流化现象分析与脱水模型建立

摘要

近年来，振动流化床(Vibrated Fluidized Bed，VFB)干燥技术在工业上的应用越来越广泛，该技术具有干燥效率快，传质传热迅速，适合干燥粘度大的物料等优点。但目前，对振动流化床中颗粒流化状态的研究只考虑了流场作用，而且振动流化床的设计计算多参照经验公式，多种参数为估算值，缺乏精确性和可靠性。设计与相关研究较少考虑不同粒径物料颗粒干燥效果的差异。
　　针对以上不足，本文采用EDEM和FLUENT软件，结合计算流体力学(CFD)和离散单元法(DEM)，实现了振动流化行为的三维仿真，并分析在振动场和流体场耦合作用下，混合粒径褐煤的颗粒运动规律。同时，设计实验测定不同粒径褐煤的干燥曲线，结合仿真结果，建立脱水模型，实现混合粒径褐煤脱水率的优化计算。
　　本文的主要内容与结论:
　　(1)基于DEM理论，创建与实际煤样粒径相吻合的颗粒模型，建立振动流化床的结构模型，引入实际振动参数，对立式和卧式振动流化床中的颗粒运动状态进行仿真。结果表明，卧式振动流化床的颗粒平均速率为0.041m/s，颗粒运动时，大颗粒在上，笑了里在下;在立式振动流化床中颗粒运动出现“泉涌”现象和巴西果效应。
　　(2)考虑振动场和流体场影响，基于CFD-DEM耦合理论，对两场联合作用下的物料流化状态进行模拟。结果表明，在流体作用下，物料层增高，颗粒更疏松，并出现了小颗粒在上，大颗粒在下的反巴西果效应，干燥会更均匀。同时，确定了适宜的流体速率为5m/s。
　　(3)分析不同条件下褐煤干燥实验的质量变化规律得到:粒径≤6mm时，干燥速率较快;适宜的干燥提质温度为100-150℃之间;干燥时间不宜超过40分钟。
　　(4)根据干燥数据，拟合得到干燥曲线。结合仿真振动和流体作用下不同粒径颗粒的分布情况，设置合理的温度梯度，建立脱水模型，求解入口空气温度为130℃时，混合粒径褐煤的干燥曲线。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 振动流化床干燥技术

1．2．1 国内外现状

1．2．2 振动流化技术应用

1．3 离散单元法模拟的研究进展

1．4 主要研究内容和方法

第2章 振动流化床参数计算与仿真建模

2．1 振动流化床的参数设计

2．2 基于ICEM CFD的振动流化床模型与网格划分

2．3 分布板处理

2．4 本章小结

第3章 振动条件下混径煤颗粒动态仿真

3．1 离散单元法的基本理论

3．1．1 EDEM软件概述

3．1．2 颗粒运动规律的计算原理与过程

3．1．3 接触模型

3．1．4 软球模型的接触力计算

3．1．5 接触判断

3．1．6 邻居元搜索

3．2 基于EDEM的振动床模拟参数设置

3．2．1 褐煤颗粒的建模

3．3．2 几何和颗粒工厂设置

3．3．3 时间步长的确定

3．3 振动流化床中颗粒的输送仿真

3．3．1 颗粒的抛掷运动

3．3．2 颗粒的位置与运动速度

3．4 振动条件混合粒径颗粒的物料分层现象

3．5 本章小结

第4章 基于CFD-DEM的振动流化现象仿真

4．1．3 CFD-DEM耦合的计算流程

4．1．4 CFD-DEM耦合数学模型和时间匹配

4．2 混合粒径颗粒振动流化现象

4．3 不同风速下的振动流化现象

4．4 本章小结

第5章 干燥曲线测定与脱水率计算

5．1 实验方案

5．2 实验结果与分析

5．2．1 粒径参数的选择

5．2．2 干燥温度的选择

5．2．3 干燥时间的选择

5．3 干燥曲线的拟合

5．4 脱水模型与脱水率的计算

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文