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基于计算流体力学的循环预烧分解炉的三维流场数值模拟

吴慧英  
【摘要】:本文研究是针对国家高技术研究发展计划(863计划)项目“低环境负荷型水泥及胶凝材料关键制备技术”(No.2002AA335050)的子课题“高原型新型干法水泥生产工艺特性的研究与应用”中的循环预烧分解炉内流场特性数值模拟研究进行的。分解炉是新型干法水泥生产线上预分解技术的核心设备,分解炉内物料的浓度分布、运动速度、停留时间,气相的流动速度、温度、压力分布情况都直接影响炉内煤粉的燃烧效率和生料的分解率。本文旨在通过研究分解炉内流场流动特性,几何结构和边界条件的改变与流动参数之间的关系,为分解炉的优化设计、运行调控提供依据。 该文基于计算流体力学技术,利用了CFD通用软件FLUENT6.1,针对云南景谷泰裕公司循环预烧分解炉采用Real izable(带旋流修正的)κ-ε模型对三维气相湍流流场进行数值模拟,获得炉内速度、压力、湍流和温度场,将数值模拟所得的流场特性与实际运行着的分解炉的热工标定结果进行比较,相互验证,进而验证了该分解炉设计的合理性。同时在气相湍流流场模拟的基础上,采用混合(Mixture)模型模拟分解炉内气-固两相流场,所得炉内的速度、压力、温度和颗粒浓度分布合理,进一步验证了该分解炉的高效性。 在基于热工标定和实际尺寸所得模拟结果基础上,改变分解炉几何结构与边界条件参数进一步模拟研究分解炉内气相及气固两相流场特性,探索了在生料进口增加同向高速流后,分解炉内气流速度、浓度分布,气固两相流动过程的湍流强度及物料的切向和径向扩散能力等的变化规律,得出了在生料进口增加同向高速流后可以强化生料的分解和燃料燃烧,同时又可以避免塌料问题。同时通过工程实践所得数据与模拟结果相互比较验证,得出了可以利用CFD数值模拟为分解炉的优化设计以及现有分解炉的改造提供理论依据。此外,数值模拟获得的结果还可以为现行的分解炉提供稳定运行的参数,为安全、高效生产提供信息,具有十分重要的经济和社会意义。


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