水泥回转窑余热回收利用系统实验分析与数值模拟

摘要

社会经济的发展离不开能源的消耗。随着我国经济的高速发展，能源消费量也飞速增加。我国是世界上第二大能源消耗国，建材行业是排在冶金行业、化工行业后的第三能耗大户。水泥行业能耗与污染情况不容乐观，必须加强节能减排。同时，水泥回转窑表面散热量可达到3-5MW，人们往往忽略这部分热量，将其完全排入大气。因此，水泥回转窑筒体余热回收利用技术的研究，对于充分合理的利用这种资源，提高水泥厂余热梯级利用和能源利用率、有效降低余热排放的热污染、保护生态环境具有重要积极意义。本文主要工作如下所示:
　　1.对国内外现有的水泥回转窑余热回收利用系统的结构型式，运行特点及分析方法进行了综合概述;并充分考虑回转窑实际运行情况及回转窑温度分布后，本课题组设计了一种回转窑余热回收利用系统。
　　2.建立了集热器物理模型;对其进行网格划分，网格质量验证，网格无关性验证;设置好各个域的边界条件;选择湍流模型及辐射模型;根据实际情况，选择本文适合的求解器。
　　3.对集热器进行数值模拟。得出不同流动型式及不同结构型式集热器，空气域和水域的温度云图。改变不同结构型式集热器水域的进口流量，得出不同流量下换热管横截面内温度分布，与实际情况相符合。改变不同结构型式集热器水域的进口流量，得出性能较好的集热器型式。改变不同结构型式集热器水域的进口流量，得出换热管外壁换热量，换热管外壁吸收辐射热量及换热管内水吸收热量的关系。
　　4.在水泥厂设备正常运行基础上搭建了实验平台，真实反映集热器性能及对生产的影响。对集热器一些参数进行观测，记录，分析，得出不同集热器内的换热量;集热器吸热量的影响因素;并将实验结果与数值分析结果进行对比。
　　5.对集热器进行传热过程分析，采用热网络模型，进行合理假设后，建立并求解了其传热数学模型，得出各个过程换热量和能量收支平衡情况，并与实验结果进行对比。

目录

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摘要

符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 典型干法水泥工艺流程

1．3 水泥回转窑的功能

1．4 回转窑余热回收利用研究现状

1．4．1 国外表面余热回收装置

1．4．2 国内表面余热回收装置

1．5 回转窑筒体温度分布及回转窑余热回收利用系统

1．6 本文所做工作

第二章 集热器数值模拟的理论基础

2．1 CFD概述

2．1．1 CFD求解力学问题的过程

2．1．2 CFD数值模拟方法

2．2 流体动力学控制方程

2．3 湍流模型及输运方程

2．4 热辐射模型

2．5 求解器设置

2．5．1 求解格式

2．5．2 收敛方案

2．6 本章小结

第三章 集热器数值模拟与分析

3．1 物理模型

3．2 网格划分和独立性验证

3．3 边界条件的设定

3．4 数值模拟方法验证

3．5 数值模拟结果及分析

3．5．1 不同流动型式下集热器温度分布

3．5．2 不同结构型式下换热管内温度变化

3．5．4 不同流动型式集热器内换热量与水进口流量的关系

3．5．5 不同结构型式集热器内换热量与水进口流量的关系

3．5．6 管内表面传热系数分析

3．5 本章小结

第四章 回转窑余热回收利用系统实验研究

4．1 实验元件

4．2 实验系统

4．3 实验所需参数及采集方法

4．4 实验步骤

4．5 实验不确定度分析

4．6 实验数据记录及分析

4．7 实验与模拟结果对比

4．8 集热器传热过程分析

4．8．1 集热器传热分析简化与假设

4．8．2 集热器换热量分析

4．8．3 集热器传热过程求解

4．9 集热器对回转窑运行影响

4．10 本章小结

5 结论与展望

5．1 主要研究成果

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文