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单轴圆盘干燥机干燥过程的模拟分析与结构优化

作者:完美论文网  来源:www.wmlunwen.com  发布时间:2021/3/5 15:37:18  

摘要:单轴圆盘干燥机具有结构紧凑,安全性好,换热面积大等优点,目前在冶金、化工、制药等领域得到广泛应用。然而利用圆盘干燥机处理含水率较高的污泥,有关干燥特性等方面的研究较少,实际操作中的单轴圆盘干燥机的干燥效率达不到理想效果。因此,单轴圆盘干燥机的干燥特性和操作参数对干燥过程的影响是值得进一步深入研究的课题。

由于影响单轴圆盘干燥机干燥过程的因素很多,诸多因素往往需要开展大量试验分析。为了节省大量实验研究所需投入的人力、物力和成本。为此,本文以含油污泥为干燥对象,运用流体力学的相关理论,围绕单轴圆盘干燥机的干燥过程和污泥干燥特性进行深入分析研究。采用计算流体力学CFD数值模拟方法,基于FLUENT对单轴圆盘干燥机筒体内的干燥过程进行数值模拟,探究干燥机内含油污泥的干燥特性,分析进泥速率,热源温度和转轴转速等多种主要干燥参数对单轴真空圆盘干化机干燥过程的影响,进行正交实验验证,并据此优化圆盘干燥机的搅拌推进结构,模拟分析与优化前的模拟结果进行比较验证。主要研究内

容和结论如下:

(1)单轴圆盘干燥机流体仿真理论基础分析。研究流体流动的基本控制方程,湍流模型以及旋转机械的模拟方法,为后续干燥机内干燥过程的数值模拟奠定基础。

(2)对单轴圆盘干燥机进行三维建模,通过ICEM进行网格划分,然后采用计算流体力学CFD数值模拟方法,分析含油污泥在单轴圆盘干燥机内干燥特性,以及进泥速率,热源温度和转轴转速等多种主要干燥参数对单轴真空圆盘干化机干燥过程的影响。得出结论:单轴圆盘干燥机内干燥速率曲线不同阶段曲线斜率值的不同,污泥干燥过程可分为三个阶段:粘稠相(湿基含水率:85.3%-56%),粘滞相(湿基含水率:56%-45%)和颗粒相(湿基含水率:45%-23%),进泥速率在10t/d-12t/d,饱和蒸汽温度在150℃左右和转轴速率在6r/min-9r/min之间,单轴圆盘干化机的整体干燥效率较为理想。

(3)以进泥速率,热源温度和转轴转速为设计优化变量,功率和出料含水率大小为优化目标,利用正交试验法和极差法分析各个影响因素对能耗和流场影响的大小关系,可以通过数据分析得到最优的干燥机参数。

(4)根据数值模拟得出的结论,提出“差速推流”概念,改进单轴圆盘干燥机内部的搅拌推进结构,并且进行模拟分析,通过改进前与改进后污泥在单轴干化机内干燥特性模拟曲线比较,“差速推流”结构相比于原先的搅拌结构,减缓了干燥强度的降低,提高了能量利用率,大大提升了单轴圆盘干燥机的整体干燥效率。

关键词:含油污泥;单轴圆盘干化机;干燥;数值模拟;差速推流

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