多通道烘缸的热流分析及其优化

摘要

在我国的工业生产中，轻工业是八个重点能源消耗行业之一，约占整个工业总能耗的6.75％，而其中造纸行业就占整个工业总能耗的2％。因此，造纸行业号称能源大户。然而，我国的造纸工业效益并不是很高，随着能源的紧缺与价格的不断攀升，国家也相应地提出了节能减排的口号。
　　 在制浆造纸过程中，纸机干燥部是能源消耗最大的工段，而烘缸是纸机干燥部的关键设备，所以烘缸的干燥效率对整个干燥部有着决定性的作用。传热系数则是衡量烘缸干燥效率的一个重要参数，而在烘缸工作的过程中，由于通入的饱和水蒸汽在冷凝放热时会形成大量冷凝水，冷凝水的导热系数仅为烘缸导热系数的1/87，因此当冷凝水的积存会降低传热系数，表现为很大程度上的阻碍饱和蒸汽中的热量传递到烘缸表面，降低烘缸的干燥效率;甚至当冷凝水积水严重时，会影响纸机的正常运行。因此，造纸工作者一方面采用引入虹吸管和扰流棒的辅助措施、改进蒸汽供热系统等方法来提高传统烘缸的传热系数、另一方面，还积极开发新型的干燥技术，如Condebelt干燥技术、电磁加热干燥技术、微波加热干燥技术等。由于蒸汽成本相对低廉，预计造纸工业未来仍然以蒸汽作为主要热源。而随着造纸设备向高速化、大型化的方向发展，排出烘缸中的冷凝水依然是主要瓶颈，而高速运行的烘缸中的冷凝水将更加难以及时排出。基于此，多通道烘缸正是为有效解决烘缸内积水问题应用而生的。
　　 目前，对于多通道烘缸的干燥机理已经明确。而多通道烘缸若要应用于实际生产中，还必须对其通道内的热流特性进行相关研究，对其尺寸进行优化设计。因此，本文的研究主要是以下几个方面:
　　 (1)本文采用FLUENT软件对通道内的热流特性进行数值模拟，分析流体在通道内的传热情况、通道表面的温度分布以及冷凝传热系数。
　　 (2)对于一定长度的通道，选取几组不同高与宽比例的截面，对其进行数值模拟，比较对应的冷凝传热系数，得出最佳高与宽的比例。
　　 (3)使用通道的最佳比例尺寸，模拟其在不同进口压力下，其表面温度的分布情况，得出不同工况下对烘缸表面温度的影响。
　　 本文综述了纸机干燥技术的发展现状，通过理论分析和数值模拟的方法对通道内热流、通道表面温度分布、冷凝传热系数、通道高与宽的最佳比例、不同进口压力对烘缸表面温度分布的影响等方面进行了研究，研究结果对多通道烘缸的设计和应用提供了理论支撑。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 纸机干燥技术的发展

1．2．1 新型干燥系统的发展

1．2．1 传统烘缸的发展

1．3 多通道烘缸的国内外研究现状

1．3．1 多通道烘缸国外研究现状

1．3．2 多通道烘缸国内研究现状

1．4 课题的主要内容

2 多通道烘缸内热流的研究与通道优化

2．1 多通道烘缸的实验

2．2 CFD软件模拟

2．2．1 CFD软件简介

2．2．2 FLUENT软件简介

2．2．3 数学模型

2．2．4 软件模型及计算结果

2．3 多通道烘缸的通道优化

2．4 烘缸进口压力对其性能的影响

2．5 本章小结

3 多通道烘缸的应用前景

4 纸机烘缸的供热系统

4．1 传统的三段通汽供热系统

4．2 热泵供热系统的发展

4．2．1 热泵供热系统的分类

4．2．2 热泵

4．2．3 热泵控制

4．3 热泵的研究与应用动态

4．4 本章小结

5 结论及展望

5．1 结论

5．2 未来工作展望

致谢

参考文献

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