回转式螺旋气固换热装置内传热过程的数值模拟-有色金属（冶炼部分）.docVIP

回转式螺旋气固换热装置内传热过程的数值模拟 王亭亭，周扬民，罗思义，仪垂杰 (青岛理工大学 机械工程学院，山东青岛 266525) 摘要：采用自制回转窑换热装置对离心粒化后的高温炉渣颗粒进行余热回收，采用有限元分析软件及欧拉双流体模型对装置内气固两相流场进行数值模拟，研究进风风速及回转窑转速对气固之间换热效率的影响并通过现场试验对模拟结果进行验证。结果表明当回转体转速为16 r/min进风风速为4.31 m/s时，颗粒的离散效果较好，热风温度达1 050 K，此时的换热效果最好，数值模拟与验高度吻合。 词：回转；气固两相流；欧拉双流体模型；数值模拟Numerical Simulation of Heat Transfer in Rotary Kiln WANG Ting-ting, ZHOU Yang-min, LUO Si-yi, YI Chui-jie (School of Mechanical Engineering, Qingdao Technological University, Qingdao 266525, Shandong, China) Abstract: Self-made rotary heat transfer device was applied to recover waste heat of high temperature centrifugal slag particles. Gas-solid phase flow was simulated by finite element analysis software and Euler model. The effects of inlet air velocity and rotating velocity of rotary kiln on heat transfer rate were investigated. The simulated result was verified by field test. The results show that the optimum heat transfer and dispersing effect are obtained under the conditions including rotator velocity of 16 r/min and inlet air velocity of 4.31 m/s with hot air temperature of 1 050 K. Numerical simulation results highly coincide to experimental study. Key words: rotary kiln; gas-solid phase flow; Euler two-fluid model; numerical simulation 回转窑在冶金、化工和机械工程等领域应用广泛。自制回转窑换热装置是一种带有螺旋结构的新型回转式换热装置。分析装置内复杂的气固两相传热过程是了解和掌握装置内温度分布的重要途径之一，利用有限元分析软件进行数值模拟是实现上述目的的有效手段。 高炉渣余热回收利用行业中，采用水冲渣方法不仅浪费了水资源，而且产生大量污染环境的有害气体。文使用新型螺旋回转式气固换热装置进行余热回收，首先1 450 ℃高温熔渣在粒化器的作用下制取不同粒径的高炉渣颗粒；然后将高炉渣颗粒与冷却风按一定的质量/体积比由给料器和冷却风机加入到螺旋回转式换热装置中，二者在换热器内按照预先设定好的螺旋路线以对流方式流动，此时冷却风与固体颗粒充分混合并进行热量交换。近年来，国内外很多学者利用有限元分析软件对回转窑内传热过程进行了一系列的分析研究[]。通过对回转窑内传热过程进行研究，掌握窑内固体颗粒的运动规律，则有利于更好地了解窑内复杂的颗粒浓度和温度分布及各操作参数对回转窑内传热效率产生的影响，从而促进回转窑工业生产的技术进步。本文分别通过数值模拟和实验研究换热装置内气固换热的效率及系统中设备运行的最佳参数。 1 数学物理模型及计算方法 1.1 物理模型 为了方便计算，将回转式螺旋换热装置模型分为三段，中间段为回转体，两端为静止部分，冷却风入口与换热后的低温颗粒的出口在同侧，热风出口与高温颗粒的进口在同侧，回转窑内径0.4 m，长度3.27 m，利用gaimbit建立如图1所示回转式螺旋气固换热装置的三维模型基金项目：国家自然科学基金重点项目 作者简介：王亭亭（1989-），女，山东济宁人，硕士研究生 图1 回转式螺旋气固换热装置三维模型 Fig1 3D Model of rotary kiln heat exchanger