筒式好氧堆肥反应器通风搅拌机构仿真优化

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反应器堆肥取代传统开放式堆肥方式已经在好氧堆肥领域成为了必然趋势。本文针对影响好氧堆肥反应器的关键结构——通风搅拌机构的分散性能进行优化设计。本文借助一种分散性能好的堆肥反应器通风搅拌机构,通过CFD数值模拟,对通风搅拌机构的搅拌桨叶叶片层数、叶片斜面安放角、叶片搅拌半径等主要的结构参数进行性能测验,并在此基础上,进行正交优化,选择更好的结构参数组合。本文主要内容与结论如下:(1)使用Solidworks软件建立好氧堆肥反应器三维模型,其中主要是构建了通风搅拌机构的三维模型,并对其进行了网格划分,在数值模拟的基础上对好氧堆肥反应器的流场特性进行分析。研究发现搅拌桨叶叶片层数、叶片搅拌半径、叶片斜面安放角等结构参数均可对通风搅拌系统分散性能产生一定影响。(2)对好氧堆肥反应器的通风搅拌机构中搅拌桨叶叶片层数、叶片斜面安放角、叶片搅拌半径三个结构参数进行单因素分析,并通过数值模拟后观察对比各组模型流场特性:在所选择的搅拌桨叶中间叶片层数为5至7层时,反应器内气含率随着层数的增多呈现增加趋势;在所选择的搅拌桨叶叶片斜面安放角为40°至50°时,反应器内气含率随着搅拌桨叶叶片斜面安放角呈现先上升后下降的趋势;在所选择的搅拌桨叶叶片搅拌半径范围在1780mm至1960mm时,出现峰值,该范围内堆肥反应器的通风搅拌结构分散性能随着搅拌桨叶叶片搅拌半径增加呈现先上升后下降的趋势。(3)预先在参数中选择效果较好的三个层次,随后对各参数进行三因素三水平的正交试验,通过正交试验表确定试验方案,进行CFD数值模拟,得到正交的优化结构参数组合。并对正交试验优化后的两个优化结果进行了比较,通过数值模拟和云图分析再次确认了两个模型的最优参数选择。经过对流场速度云图、流场气体分布云图和叶片表面压力分布图的综合分析,叶片层数n=6,叶片斜面放置角α=50°,叶片搅拌半径l=1780mm时,平均气含率达到8.368%,气体不均匀指数仅有0.227,且中间叶片平均压力为33131pa,在本文结构参数范围中,此结构在分散性能上最优。本文通过对好氧堆肥反应器通风搅拌机构的分析,探讨了不同结构因素对通风搅拌机构分散性能的影响,并选定了叶片层数n=6,叶片斜面放置角α=50°,叶片搅拌半径l=1780mm的结构作为通风搅拌机构的最优结构,为今后通风搅拌机构的开发和优化以及后续堆肥反应器的开发、改进和运行提供理论依据和参考。
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