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兰炭是由侏罗纪不粘煤或弱粘煤通过中低温干馏技术得到的新型碳素材料,目前,兰炭生产中多采用水熄的方式对兰炭进行冷却,一方面兰炭的显热没有被利用,造成巨大的能源和水资源浪费;另一方面兰炭均匀冷却效果差,影响了兰炭的质量。兰炭余热回收系统通过干熄的方式对兰炭进行冷却,并回收与利用兰炭余热,这对推动节能减排事业的发展、提高能源利用率具有重要的积极意义。 埋管型兰炭余热回收换热器是兰炭余热回收系统的二级换热器,对实现兰炭干熄及回收兰炭余热具有不可或缺的作用。本文以埋管型换热器为研究对象,建立了离散元模型,并对模型进行了实验验证,模拟研究了换热器内颗粒流型及流动均匀性、流动区域分布和速度分布等流动特性,分析了颗粒物性参数及换热器结构参数对颗粒流动特性的影响。得到如下结论: (1)换热器内颗粒流型演变过程分为流型发展阶段和流型稳定阶段,流型发展阶段颗粒流动均匀性恶化,流型稳定阶段颗粒流动均匀性基本保持不变。虽然埋管对颗粒流动均匀性有所影响,但换热器内颗粒仍具有良好的流动均匀性。换热器内绕流区为管束两侧各4倍粒径,边界层厚度为4倍粒径,绕流区之间为中心主流区,绕流区与边界层之间为左、右主流区,其中,主流区内颗粒运动最快,绕流区内次之,边界层内最慢。颗粒速度波动呈现由底层向顶层传递的特征,边界层内颗粒具有一定的速度梯度。 (2)换热器内颗粒流动均匀性对保障兰炭生产质量意义重大。随着粒径的增大,颗粒流动均匀性显著恶化,颗粒层流动不均匀程度增大了约79.8%,颗粒停留时间的标准偏差增大了约80.6%。随着颗粒-颗粒静摩擦系数的增大,颗粒流动均匀性有所改善,颗粒层流动不均匀程度减小了约18.8%,颗粒停留时间的标准偏差减小了约30.8%。随着颗粒-壁面静摩擦系数的增大,颗粒流动均匀性急剧恶化,颗粒层流动不均匀程度增大了约1.9倍,颗粒停留时间的标准偏差增大了2倍以上。另外,颗粒-壁面静摩擦系数对颗粒流动均匀性的影响程度明显大于粒径。 (3)随着埋管直径的增大,颗粒流动均匀性恶化,颗粒层流动不均匀程度增大了约25.5 %,颗粒停留时间的标准偏差增大了约12 %。随着壁面倾角的增大,颗粒流动均匀性明显恶化,颗粒层流动不均匀程度增大了约20.8%,颗粒停留时间的标准偏差增大了约40.5%。顺排管束SP1到SP3,颗粒流动均匀性有所恶化,颗粒层不均匀程度增大了约11.2%,颗粒停留时间的标准偏差增大了约21.4%。埋管直径、壁面倾角及顺排管束(列数)的增大对颗粒流动均匀性的影响程度不同,影响程度顺序为壁面倾角>埋管直径>顺排管束。 (4)错排管束CP1相对于顺排管束SP1,颗粒流动均匀性显著改善,颗粒层流动不均匀程度约减小了42.3 %,停留时间的标准偏差约减小了39.1 %。错排管束CP1到CP3,颗粒流动均匀性明显恶化,颗粒层流动不均匀程度增大了约38.1%,停留时间的标准偏差增大了约33.8%。