褐煤管式气流干燥流场的数值模拟研究及干燥管结构优化

摘要

低阶煤中的褐煤在世界煤炭储量中占有很大的比重,我国的褐煤资源也相当丰富,高含湿量的褐煤直接用于燃烧时热效率低和远程运输的高成本,大大局限了褐煤的开采规模。本研究的重点是开发高效的褐煤干燥技术和设备,对高含湿量的褐煤进行干燥提质。气流干燥是目前主流干燥方法中的一种,适用于对粉状物料进行干燥,干燥强度大,设备简单。本文选定气流干燥器作为褐煤干燥提质的设备,以管式气流干燥器为研究对象,在实验研究的基础上用Fluent软件对干燥过程进行了数值模拟。首先介绍了采用数值模拟方法所需要的计算流体力学理论知识和计算程序,建立了与实验相对应的干燥管模型,讨论了湍流模型的选用,成功地将欧拉多相流模型应用于大量颗粒在管道中运动的计算,并探讨了干燥管内气固两相流场分布及各因素对干燥效果的影响,计算结果与实验结果吻合较好,说明该模型具有较好的准确性和预测能力,并且比实验更加生动地展示了气固两相在干燥管内的流动和传热情况。在所得结论的基础上,进一步提出了几种改进型的褐煤干燥管结构,并对它们在气流干燥过程中的内部流场进行了分析,比较了它们的传热效率和在干燥过程中的优缺点,在简单可实现的前提下,对干燥器的结构改进进行了初步探索,为工业化褐煤管式气流干燥器的优化设计提供了理论依据。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 煤炭资源储量及分布

1.1.1 世界煤炭资源

1.1.2 我国煤炭资源

1.1.3 世界低阶煤资源的储量及分布

1.1.4 我国低阶煤资源概况

1.2 褐煤提质

1.2.1 低阶煤提质加工的必要性

1.2.2 国内外低阶煤干燥技术的发展现状

1.2.3 干燥过程原理

1.2.4 褐煤的干燥方法讨论

1.2.5 干燥技术的发展趋势

1.3 气流干燥技术

1.3.1 气流干燥的基本原理

1.3.2 气流干燥的特点

1.3.3 气流干燥技术的发展现状

1.4 本研究的主要内容和目的

1.4.1 本文研究的意义和目的

1.4.2 本文研究的内容

2 计算流体动力学在气固两相流中的应用

2.1 计算流体动力学（CFD）概述

2.1.1 流体动力学简介

2.1.2 流体动力学控制方程

2.1.3 常用离散化方法

2.2 Fluent 软件介绍

2.2.1 Fluent 软件的使用范围

2.2.2 Fluent 软件构成

2.2.3 Fluent 求解过程

2.3 气固两相流数值模拟

2.3.1 气固两相流简介

2.3.2 多相流模拟方法

2.3.3 Fluent 中的多相流模型

2.4 气固两相湍流流动

2.4.1 湍流量的描述

2.4.2 湍流数值模拟方法

2.4.3 气流与颗粒的运动特性

2.4.4 气流与颗粒间的传热

2.4.5 气固两相流中需注意的问题

3 褐煤干燥的实验研究

3.1 实验装置与系统流程

3.1.1 工作原理

3.1.2 实验流程

3.1.3 干燥效果检验

3.1.4 实验过程中应注意的问题

3.2 干燥结果分析

3.2.1 输送效果讨论

3.2.2 燃爆性检验

3.2.3 实验数据记录

3.3 实验数据整理分析

3.4 实验中的问题

4 褐煤干燥的数值模拟

4.1 干燥管的建模

4.1.1 干燥管几何模型的建立及网格的划分

4.2 数值求解的设置

4.2.1 边界条件设置

4.2.2 求解器的选择

4.2.3 多相流湍流模型的设置

4.3 模拟结果分析

4.3.1 干燥管压力场分析

4.3.2 干燥管速度场分析

4.3.3 干燥管温度场分析

4.3.4 干燥管传热效果及各参数对传热效果的影响

4.4 改进干燥管的流动和传热分析

4.4.1 改进干燥管的几何模型

4.4.2 改进干燥管的压力场分析

4.4.3 改进干燥管的速度场分析

4.4.4 改进管传热效果对比分析

4.5 结果讨论

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录 A 发表论文（可参考部分）

作者简历

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