基于DEM的回转筒体传热研究

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筒式冷却机是转底炉工艺线的重要设备。传统的冷却方式主要是冷却水浸泡筒体或者喷淋筒体外壁,设备冷却效率低、资源浪费严重、成本高而且环保性差。喷雾冷却技术冷却效率高、能源消耗少,有着广阔的应用前景,但对筒体内的温度分布不清楚,凭借经验布设雾化喷嘴,对冷却效率影响较大。基于此,本文以筒式冷却机为研究对象,基于离散单元法,建立离散单元法模型,对颗粒物料的碰撞搜索算法进行改进,并对比文献数据和数值模拟结果,对相关模型和碰撞搜索算法进行验证,在此基础上,研究颗粒物料的填充率、粒径、筒体转速、扬料板数目和高度对回转筒体内的颗粒物料传热过程的影响。通过对筒式喷雾冷却机的传热过程的研究,为筒体外部雾化喷嘴的布设提供设计参考。  从模拟方法的角度出发,全文从颗粒流体的离散单元法模型的建立、模型的验证和模型的应用三个方面加以论述。  首先,阐述了离散元法的基本原理,对比分析了离散元法常用的两种颗粒简化模型:软球模型和硬球模型,并将软球模型作为本文的研究对象。随后对颗粒物料在回转筒体中的运动传热理论进行详述。  接着介绍应用离散元法模拟颗粒流体的整个流程,并对比边界球法、边界盒法和网格法三种搜索算法,在网格法基础上改进了一种基于网格法的邻居搜索算法,并通过开源软件LIGGGHTS实现;建立相应的离散单元法模型,并通过对比EDEMTMAcademic2.5软件和基于网格法的邻居碰撞搜索算法的开源软件LIGGGHTS仿真结果,来验证算法的合理性和离散单元法模型的正确性。  最后,基于上述研究基础,通过开源软件LIGGGHTS研究了颗粒物料填充率、颗粒粒径、筒体转速、扬料板数目和高度对粒物料在回转筒体中传热的影响,结果表明:(1)颗粒物料的平均温度冷却速度随填充率的增加而降低,填充率越小,冷却速度越快;(2)颗粒物料的平均温度冷却速度随颗粒粒径的增加而降低,颗粒粒径越小,冷却速度越快;(3)增加转速,可以加快颗粒物料平均温度的冷却速度;(4)在一定范围内,增加筒体中扬料板的数目可以加速颗粒物料的冷却,当扬料板数目达到一定值后再增加扬料板的数目反而降低颗粒物料的冷却速度。(5)增加扬料板高度可以加速颗粒物料的冷却。
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