间接换热蒸汽回转脱硫石膏干燥机的数值模拟

  • 2016-01-19 09:14:00
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1数值模拟1.1几何模型几何模型如所示,其由进料口、出料口、蒸汽列管、筒壁等边界和流体区域组成,由于蒸汽列管干燥机整体较长,不利于计算,故选取其中的一段作为几何模型,并假设进料口、出料口为模型中前后两个截面。
1.2数学模型根据初步的试验和间接换热蒸汽回转干燥机传热机理的分析研究,对干燥机内固体颗粒运动轨迹、固体浓度场、速度场、温度场等的采用多相流与粒子传热模型来描述。
第q相到第p相质量转移。
上升力;1.3网格划分及求解方法采用CFD软件进行蒸汽回转石裔干燥机内速度场、温度场等的数值模拟,对计算域进行分区细化网格,使用混合网格,能很好的适应复杂的结构。整个实体区域共划分网格7万个。采用层流流动模型,SIMPLEC方法,二阶迎风离散格式,标准壁面函数,隐式分离求解器进行数值求解计算。
2.即干燥机内带着水分的载湿气体经过洗漆塔净化后直接排空,没有考虑载湿气体的循环利用。实验系统由间接换热蒸汽回转干燥机、定量螺旋加料机、蒸汽减压系统、蒸汽稳压系统、废气净化系统和蒸汽换热器等设备组成。测量仪器和仪表有:压力表送器、温度变送器、流量计、PLC控制系统等组成。
2.2实验方案物料的初始含水率确定为工程应用中的实际初始含水率为15左右,不同含水率时的换热系数可沿各取样口处(筒体长度方向上的)取样的不同物料含水率进行分析。以表1所列的稳定运行工况参数为基础,通过改变干燥机内筒体转速和填充率,读取各工况下的各取样口处每排换热管的管壁温度、物料温度,记录蒸汽压力、流量,携湿气流量、进出口物料温度和携湿气体温度等参数,由于干燥机内传热的影响因素众多,在稳定的工况条件下,只能改变其中某一项参数,其他参数应保持不变。分析每排管的传热系数随列管不同位置的变化情况,按照公式(5)计算各工况下的综合传热系数,找出筒体转速、填充率、物料初始含水率等因素对传热系数的影响规律。
表1实验工况工况填充率L蒸汽耗量,kg/h;c蒸汽汽化潜热,k/kg;结果对比分析3.1脱硫石膏颗粒运动实验过程中可以观察到石裔颗粒在列管、筒壁、颗粒间的摩擦力及颗粒自身的惯性力和离3.2温度分布为回转圆筒截面温度分布云图。由图可以看出靠近回转圆筒内壁的右下角的区域温度低,越靠近圆筒截面的顶部区域,温度越高。圆筒截面区域底部为物料的循环流动区,该区域为物料密相区,物料与换热管进行剧烈的冲刷,强化了物料与换热管之间的热量交换,该处的换热为充分。圆筒截面的顶部区域为稀相区,该区域由于物料较少导致物料与换热管的热量交换不充分,换热管换热管的外壁温度大大高于浓相区换热管的外壁温度。该模拟结果与实验测量的蒸汽列管回转干燥机内回转圆筒截面温度分布状态基本一致。说明该模型对于干燥机的回转圆筒截面温度分布状态模拟精度较高。
3.3综合换热系数综合换热系数是设计干燥机的重要参数,本文通过改变管排数、间距、圆筒转速以及填充率对蒸汽回转石膏干燥机的综合换热系数进行了分析。由实验得知当转速在3~5r/min范围内,换热系数随转速的升高而增大;填充率在12~18范围内物料与列管有效接触面积较大,即物料与列管之间的换热面积能够保持在一个较篼水平。也就是说随着填充率的增大,综合换热系数呈现升高的趋势。但当填充率增加到某一数值后,随着填充率的增加,换热系数将基本保持不变。
表2综合换热系数对比工况实验的综合换热系数(w/m24结论对于间接换热蒸汽回转石膏干燥情况,本文所选用的数学模型能够描述其固体颗粒运动轨迹、固体浓度场、速度场、温度场等,并通过CFD软件的到了模拟结果。
由实验得知当转速在3-5r/min范围内,换热系数随转速的升高而增大;填充率在12~ 18范围内随着填充率的增大,综合换热系数呈现升篼的趋势。
将脱硫石膏颗粒的运动状态、干燥机截面温度分布、以及综合传热系数的模拟结果与实验结果对比表明,该模型具有较高的模拟精度,可为间接换热蒸汽回转石膏干燥锻烧机的设计及结构优化提供。
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