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列管回转干燥机内物料运动的CFD模拟
发布时间：2013-05-10 07:44 来源：未知
1、前言
列管回转干燥机是在传统的直接传热回转干燥机的基础上加装加热管形成的，属于间接换热干燥设备。加热列管内可通入蒸汽、热烟气、导热油等作为热源。干燥所需的热量由加热管传递给被干燥的物料。与传统的直接传热回转干燥机相比，列管回转干燥机具有以下优点：
(1)产品质量易于保证。由于物料与干燥介质不直接接触，避免了干燥介质对物料的二次污染。
(2)传热面积大，处理能力大。若使用蒸汽作为热源，还可以方便地回收换热后蒸汽形成的冷凝水，大大提高热能的利用率。
(3)高的热效率。间接加热干燥机的热效率主要体现在尾气流量上，与直接加热干燥机相比，间接加热干燥机的尾气流量小，因而带走的热能就少。一般说来，达到相同的干燥质量，间接式干燥机所需热能是直接式干燥机的1/2～1/3，并且随着成品目标湿度的降低，间接式干燥机的优势会显著增加。
(4)低污染。尾气流量小使从干燥机携带出的粉尘也大为减少，可以把污染控制在很小的范围内。同时由于尾气中湿分的含量可以很高，有利于一些特殊溶剂的回收。
目前，间接换热式列管回转干燥机正在诸如干燥PTA、脱硫石膏等工业生产中获得到越来越广泛的应用。
为排出蒸发出的湿份，并获得较小含水量的终产品，通常需要一股小流量的携湿气体逆流于物料通过干燥机。因此，与直接换热式干燥过程相比，列管回转烘干机干燥机内的干燥过程是一个复杂的传热传质过程。就传热而言，既存在被干燥物料颗粒与列管间的接触传热，又存在着列管与载湿气体、载湿气体与物料颗粒之间的对流换热，以及物料颗粒层之间的热传导。就传质而言，除物料颗粒与载湿介质之间的对流传质和物料颗粒内部的湿份扩散外，相对静止的颗粒团之间也存在着较为复杂的湿份扩散过程。随着干燥机的转动，干燥机内的颗粒运动状态不断发生变化，相应的传热传质特性也将发生显著的变化。
目前，还没有一种适用于列管回转干燥传热传质过程描述的模型，对其传热传质机理的研究也极少。国内几家从事蒸汽回转干燥机设计和制造的科研院所和生产厂家，仅局限于对国外设备的仿制。国外一些机构，如日本三井造船株式会社、日本月岛机械株式会社、德国BSH等已经开发了一些此类产品用于纯碱、石膏的煅烧和对苯二甲酸(TA)的干燥等。但这些厂家没有公布与设计准则相关的技术资料。对列管回转干燥机传热传质机理研究的匮乏成为制约国内列管回转干燥机大型化设计及应用的瓶颈。本文拟从传热机理的分析出发，建立一种适用于列管回转干燥机内传热过程描述的CFD (Computational Fluid Dynamics)模型，为列管回转干燥机的工程设计提供指导。同时，利用建立的CFD模型对列管回转干燥机结构和操作参数进行优化，以减少实验工作量，提高实验效率。
2、CFD模型
对固体颗粒在列管回转干燥机内运动状况的实验观察发现，在列管、筒壁、颗粒间的摩擦力及自身的惯性力和离心力的共同作用下，物料在同内做月牙状循环运动。启动后，随着筒体转速的增加，物料的循环运动也逐渐加剧，同时，物料的偏析程度也加大。在一段较大的转速范围内，物料颗粒群在筒内呈现出明显的流态化运动特性（图2所示）。因此，物料颗粒群在干燥机内的运动时完全可以用连续流体来描述。
建立后的CFD模型由一个标准的计算软件(FLUENT)进行数值计算。
几何模型
几何模型由进气口、出气口、列管、筒壁等元素组成，若选用三维几何模型，则其计算网格数达四十万之多，计算机的运行速度非常缓慢。比较发现，三维模型各横截面的模拟结果与下述建立的二维模型的结果非常接近。为减少计算工作量，在完成与实验的初步比较验证后，大部分CFD模拟用二维几何模型进行。二维几何模型如图3所示。该模型具有28307个计算网格，与三维模型相比大大提高了计算机的运算速度。
富通新能源生产销售木屑烘干机等机械设备。列管回转干燥机内物料运动的CFD模拟
1、前言
列管回转干燥机是在传统的直接传热回转干燥机的基础上加装加热管形成的，属于间接换热干燥设备。加热列管内可通入蒸汽、热烟气、导热油等作为热源。干燥所需的热量由加热管传递给被干燥的物料。与传统的直接传热回转干燥机相比，列管回转干燥机具有以下优点：
(1)产品质量易于保证。由于物料与干燥介质不直接接触，避免了干燥介质对物料的二次污染。
(2)传热面积大，处理能力大。若使用蒸汽作为热源，还可以方便地回收换热后蒸汽形成的冷凝水，大大提高热能的利用率。
(3)高的热效率。间接加热干燥机的热效率主要体现在尾气流量上，与直接加热干燥机相比，间接加热干燥机的尾气流量小，因而带走的热能就少。一般说来，达到相同的干燥质量，间接式干燥机所需热能是直接式干燥机的1/2～1/3，并且随着成品目标湿度的降低，间接式干燥机的优势会显著增加。
(4)低污染。尾气流量小使从干燥机携带出的粉尘也大为减少，可以把污染控制在很小的范围内。同时由于尾气中湿分的含量可以很高，有利于一些特殊溶剂的回收。
目前，间接换热式列管回转干燥机正在诸如干燥PTA、脱硫石膏等工业生产中获得到越来越广泛的应用。
为排出蒸发出的湿份，并获得较小含水量的终产品，通常需要一股小流量的携湿气体逆流于物料通过干燥机。因此，与直接换热式干燥过程相比，列管回转烘干机干燥机内的干燥过程是一个复杂的传热传质过程。就传热而言，既存在被干燥物料颗粒与列管间的接触传热，又存在着列管与载湿气体、载湿气体与物料颗粒之间的对流换热，以及物料颗粒层之间的热传导。就传质而言，除物料颗粒与载湿介质之间的对流传质和物料颗粒内部的湿份扩散外，相对静止的颗粒团之间也存在着较为复杂的湿份扩散过程。随着干燥机的转动，干燥机内的颗粒运动状态不断发生变化，相应的传热传质特性也将发生显著的变化。
目前，还没有一种适用于列管回转干燥传热传质过程描述的模型，对其传热传质机理的研究也极少。国内几家从事蒸汽回转干燥机设计和制造的科研院所和生产厂家，仅局限于对国外设备的仿制。国外一些机构，如日本三井造船株式会社、日本月岛机械株式会社、德国BSH等已经开发了一些此类产品用于纯碱、石膏的煅烧和对苯二甲酸(TA)的干燥等。但这些厂家没有公布与设计准则相关的技术资料。对列管回转干燥机传热传质机理研究的匮乏成为制约国内列管回转干燥机大型化设计及应用的瓶颈。本文拟从传热机理的分析出发，建立一种适用于列管回转干燥机内传热过程描述的CFD (Computational Fluid Dynamics)模型，为列管回转干燥机的工程设计提供指导。同时，利用建立的CFD模型对列管回转干燥机结构和操作参数进行优化，以减少实验工作量，提高实验效率。
2、CFD模型
对固体颗粒在列管回转干燥机内运动状况的实验观察发现，在列管、筒壁、颗粒间的摩擦力及自身的惯性力和离心力的共同作用下，物料在同内做月牙状循环运动。启动后，随着筒体转速的增加，物料的循环运动也逐渐加剧，同时，物料的偏析程度也加大。在一段较大的转速范围内，物料颗粒群在筒内呈现出明显的流态化运动特性（图2所示）。因此，物料颗粒群在干燥机内的运动时完全可以用连续流体来描述。
建立后的CFD模型由一个标准的计算软件(FLUENT)进行数值计算。
几何模型
几何模型由进气口、出气口、列管、筒壁等元素组成，若选用三维几何模型，则其计算网格数达四十万之多，计算机的运行速度非常缓慢。比较发现，三维模型各横截面的模拟结果与下述建立的二维模型的结果非常接近。为减少计算工作量，在完成与实验的初步比较验证后，大部分CFD模拟用二维几何模型进行。二维几何模型如图3所示。该模型具有28307个计算网格，与三维模型相比大大提高了计算机的运算速度。
富通新能源生产销售木屑烘干机等机械设备。
