水泥回轉(zhuǎn)窯和篦冷機(jī)內(nèi)氣固兩相流及換熱過(guò)程的數(shù)值研究.pdf

1、博士學(xué)位論文水泥回轉(zhuǎn)窯和篦冷機(jī)內(nèi)氣固兩相流及換熱過(guò)程的數(shù)值研究NumericalStudyonGasParticleTwoPhaseFlowandHeat_ExchangeProcessinCementRotaryKilnandGrateCooler作者姓名：奎焦位學(xué)科、專(zhuān)業(yè)：麴左扭越拯王猩學(xué)號(hào)：一10410005一————————————————————————————————————一指導(dǎo)教師：鯉藎墮塾握芝送超塾握完成日期：星Q!墨

2、生Q壘旦大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要回轉(zhuǎn)窯是一種具有燃燒、換熱、化學(xué)反應(yīng)以及物料輸送等主要功能的生產(chǎn)設(shè)備。具有容積大、能耗高、物料長(zhǎng)滯留、燃料適應(yīng)性強(qiáng)等特性。但回轉(zhuǎn)窯與其它熱工設(shè)備相比熱效率低。如何促進(jìn)物料與空氣的混合，強(qiáng)化氣固換熱，減少熱損失是亟待解決的問(wèn)題。為此，必須對(duì)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料、煤粉和空氣的流動(dòng)和傳熱特性開(kāi)展深入研究，用以指導(dǎo)回轉(zhuǎn)窯技術(shù)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)提高運(yùn)

3、轉(zhuǎn)效率和降低能耗的目的。同時(shí)，由于問(wèn)題的復(fù)雜性與典型性，該項(xiàng)研究對(duì)稠密氣固兩相流學(xué)科領(lǐng)域也具有重要理論意義。本文以一臺(tái)西4364m水泥回轉(zhuǎn)窯為工程背景，對(duì)包括燃燒器和篦冷機(jī)在內(nèi)的完整的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)進(jìn)行了多維數(shù)值模擬研究。性能優(yōu)良的燃燒器能夠保證為水泥回轉(zhuǎn)窯提供最佳的熱工條件。本文首先對(duì)一臺(tái)四通道旋流燃燒器內(nèi)的氣固兩相流進(jìn)行了模擬研究，應(yīng)用歐拉拉格朗曰計(jì)算方法，對(duì)窯內(nèi)煤粉空氣兩相湍流流場(chǎng)進(jìn)行模擬，系統(tǒng)地研究了各風(fēng)道不同送風(fēng)量及旋流葉片角度對(duì)

4、燃燒器出口流場(chǎng)中的速度分布的影響，詳盡的分析了不同工況下冷態(tài)射流湍流場(chǎng)的流態(tài)變化規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明，燃燒器的中心回流區(qū)對(duì)實(shí)現(xiàn)快速點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒具有重要作用，內(nèi)旋流風(fēng)和高速外風(fēng)使得煤粉和空氣充分混合，并卷吸了高溫二次風(fēng)，促進(jìn)了煤粉燃燒。提高外風(fēng)風(fēng)速會(huì)促進(jìn)煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)，但風(fēng)速需要控制在適宜的范圍內(nèi)。其次，基于歐拉歐拉法，建立了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料與氣體的兩相流動(dòng)模型，分別對(duì)其二維橫截面與三維窯體內(nèi)的流動(dòng)和傳熱特性進(jìn)行數(shù)值研究。把顆粒流體的動(dòng)理學(xué)理

5、論引入該項(xiàng)研究，將物料顆粒的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)比擬為分子熱運(yùn)動(dòng)，引入顆粒溫度作為描述顆粒隨機(jī)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的變量，建立顆粒的本構(gòu)方程，從而封閉固相動(dòng)量方程?？紤]了物料反應(yīng)、輻射傳熱及窯壁間接式傳熱等諸多因素。討論橫截面內(nèi)物料、壁面和自由空間氣體之間的換熱機(jī)理，應(yīng)用熱量源項(xiàng)在二維模型中考慮軸向溫度梯度的影響，分析物料、壁面和自由空間氣體三相間的換熱機(jī)制。通過(guò)計(jì)算得到了顆粒物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)隨窯壁回轉(zhuǎn)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)特性及其空間分布規(guī)律，獲得了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度分布曲線，

6、及不同區(qū)域氣體、物料和窯壁之間的換熱量。計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)試驗(yàn)值相吻合，說(shuō)明該計(jì)算模型具有較好的預(yù)測(cè)能力，可以為改進(jìn)與優(yōu)化回轉(zhuǎn)窯的工藝操作流程提供指導(dǎo)。最后，針對(duì)熟料在篦冷機(jī)內(nèi)的輸運(yùn)與冷卻換熱過(guò)程，應(yīng)用歐拉歐拉兩相流計(jì)算方法及多孔介質(zhì)模型，進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，主要分析了熟料的輸運(yùn)、熟料與氣體的換熱特性。計(jì)算結(jié)果表明，顆粒增大會(huì)使熟料床的厚度明顯增厚，直徑為20ram的熟料與空氣換熱最好，空氣溫度升高最大。關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯；燃燒器；氣固兩相流；