新颖气流干燥机内部流场模拟及结构设计.docVIP

新颖气流干燥机内部流场模拟及结构设计研究目的： 针对自行研发的一新颖气流干燥机，为进一步提升其生产操作性能及降低操作压降，拟在文献调研的基础上，基于CFD计算与分析，初步开展其设备主体结构及尺寸的优化研究。 研究意义： 在化学工业和对各种材料的处理的工业过程中，随时可能用到干燥操作工艺。干燥技术的应用不仅仅是为了方便产品的储藏、运输和使用。而且在提高产品的质量和价值、减轻劳动强度和环境污染、降低成本和能源消耗等方面都能发挥巨大的作用。 在流化床的设计过程中，通常均采用模拟设计和相似设计的办法，绘制样机，然后按照约定比例进行放大或缩小，其间再对部分不完善的地方进行改进和革新，以此适应自身的生产条件或扩展生产能力。显然，诸如此类的设计流程和方法势必将存在较大的先天不足或缺陷，易导致生产产品的更新换代滞后，成本攀高。 本课题针对一新颖的流化床干燥机，借助计算流体力学理论及相应的商业应用软件对其内的流场进行模拟，进而优化设备的结构尺寸，该研究应具有良好的实践指导意义。 干燥作为一种历史悠久的操作，是指通过气化而除去湿物料中湿分的分离过程。现代工业中干燥有着广泛的应用，多的工业产品都干燥分离而得。工业上，干燥不仅影响生产效率能耗，通常产品的最后一道工序，对产品的质量起着重要的保证作用气流干燥作为工程优势显著的干燥技术，气流干燥在工业的应用日趋广泛，成为诸多产品生产的主要干燥方法气流流化干燥是一种典型的流态化操作过程，属于流态化技术范畴。流态化技术是指利用流动流体的作用，促使大量固体颗粒悬浮于流体介质中，从而使得固体颗粒呈现出类似于流体的某些表观特性的过程操作。流态化技术自1921年发明以来，干燥是应用最早的领域之一。世界上第一套工业化的流化床干燥装置于1948年在美国出现，设计用于白云石的干燥处理。此后，针对该类型的操作过程，各国学者相继开展了大量的实验与理论研究，我国学者也于20世纪60年代开始了相关的研发工作，当时的华东化工学院、浙江大学、成都工学院等科研单位在流化操作、流化机理及理论计算等方面均进行了不同深度地探索，并形成和积累了大量珍贵的基础文献资料，从而为国内后期的流化干燥研究奠定了良好基础。流化干燥作为工程优势最为显著的高效干燥技术之一，在工业上的应用正日趋广泛，已渐成为诸多产品生产的主要干燥方法。 是流动阻力大，动力耗能也大。 气流干燥机主要是通过热空气与物料表面的直接接触，从而在短时间内达到干燥效果的一种装置它具有干燥强度大，干燥时间短，热效率高，处理量大，应用广泛，设备简单以及操作容易的优点，尤其在气流干燥过程中，物料升温不高，一般不存在过热等问题；并且营养物质损失量低，因而非常适合一些热敏性产品的干燥加工。然而干燥机即便有这么多优点，气流干燥机还是有它的局限性所在的，比如说它对洁净的要求比较高，除尘能力要强，因为其中的流体阻力大；又如它的干燥管的长度较长，所以它对干燥厂房的要求也比较高等。同时气流干燥中牵扯到一个湍流流动的问题，我们需要非常注意。湍流是一种非常复杂的非稳态流动，在湍流过程中，流体的各种物理因素，如速度，温度，压力等都随时间和空间随机变化，因此给研究和生产带来了一点困扰。然而这种复杂的运用方式并不是没有解决方法的，其中非稳态的NS方程，对这种湍流流动的瞬时运动依然有效。但是由于从NS方程出发解决工程中复杂的湍流流动还有一定难度，而且实际生产工程中也不关心湍流的发生，所以湍流的问题仍然没有得到解决。所以最近的一些对湍流的数值模拟仍然是从雷诺方程出发的。大概分为两个方面，一些人引入湍流粘性系数作为解决湍流问题的关键所在，还有一些人直接建立解湍流应力的封闭形式微分方程或其简化的代数方程。后来的又开始通过超级计算机的应用来解决湍流问题。CFD计算理论流体力学模拟技术在工业设计中的成功应用，很大程度上要得益于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）方法的建立与发展，后者既是流体力学理论中一个重要的研究分支，同时也是我们研究和了解复杂流体现象的一种有效手段。实际上，CFD技术是一种求解流体流动控制方程组的数值方法。我们知道，控制一切流体流动的基本规律是质量、动量和能量三大守恒定律，可分别表示为连续性方程、动量方程（又称为纳维尔-斯托克斯方程）和能量方程。由该三个方程可联立得到一个方程组，称为Navier-Stokes方程组，或简称N-S方程组。N-S方程组是流体流动过程必然遵循的普遍规律。 由于流场控制方程的形式比较复杂，通常包含偏微分项，故除了某些简单的情形外，一般不易求得解析解，而只能借助于数值计算的方法。CFD就是求解流场控制方程的一种经典数值方法。当利用CFD对某个流动问题进行模拟或优化时，需预知被研究问题的流场控制方程，然后再选择合适的数值算法，将本来连续变化的