文档介绍：2012年中国工程热物理学会传热传质分会
水泥熟料非稳态渗流场与温度场耦合数值模拟与分析
目录
1
研究简介
2
模型构建
3
数值计算
4
仿真分析

,年产量接近世界水泥产量的50%。同时,作为高能耗行业之一,在能源危机日趋严峻的今天,水泥生产中的能耗、污染及热能回收问题已逐渐成为全球水泥工业关注的焦点。
、热回收、输送的作用。水泥熟料的冷却过程是进行热能回收,减少污染粉尘排放和提高水泥品质的一个重要环节。
。因此,深入进行熟料冷却换热机理的研究,对提高篦冷机内熟料的热交换效率、热回收率及减少粉尘排放具有重要的理论意义和实用价值。

篦冷机内水泥熟料层换热机理的研究方法
多孔介质渗流换热理论
本文将多孔介质渗流换热理论引入水泥熟料换热机理研究,在此方面国内外研究刚起步。
数学模型采用变系数偏微分方程组,模型与计算相对复杂。水泥熟料的非稳态流热耦合数值模拟未见报道。
所建模型相比对流换热理论更加接近实际情况。
对流换热理论
采用对流换热理论进行水泥熟料换热机理研究,国内外已有大量相关文献。
气固传热表达式绝大多数根据传热系数计算热流,对各热流进行叠加建立等式,计算精度较低。
难以准确揭示具有堆积颗粒性质熟料的内在换热规律。

,提出一种适用此类模型的流热耦合迭代算法。
、综合换热系数等一系列参数,随换热过程中温度、气压的改变而相应的调整,模型更加贴近实际工况。
。

如左图所示高温熟料由回转窑进入篦冷机,料层在篦床上缓慢移动,冷却空气从篦床下部垂直吹入料层,渗透扩散,对红热熟料进行冷却,与熟料换热后成为热风。
回转窑
熟料
篦床
风室
出料口
左图为篦冷机装配现场

根据水泥熟料在篦冷机中的冷却状态,建立如图所示的换热物理模型。在篦床上温度为Ts,in的熟料颗粒由左侧进入此三维区域,从右侧离开此区域。温度为Tg,in的冷却空气,由篦床下部以速度ng,in流入此三维区域并与熟料颗粒进行热交换,从上部流出。

气体
熟料
控制方程中各系数计算公式,各系数根据控制方程计算结果,
在每次迭代过程中进行更新:

各节点气体瞬态
压力、速度、密度
上一时间层
各节点温度
更新温度场所需
各节点系数值
得到各节点气体
温度,熟料温度
更新渗流场所需
各节点系数值
数据传递与处理
采用差分法计算
采用解析法计算
渗流场
温度场
连续性方程
动量守恒方程
气体状态方程
能量方程组
上一时间层各节点气
体压力、速度、密度

应用解析法求解渗流场
整理离散后的方程可得如下节点方程:
由连续性方程、动量守恒方程和气体状态方程经计算得到:

将此式代入动量守恒方程和气体状态方程可解出渗流速度V和气体密度rg 。
以求解篦冷机内某一段料层从进料口移动到出料口过程中厚度方向上温度场的变化情况为例。
应用差分法求解温度场
对能量方程进行离散: