【正文】 1)]cos()gl lgdpduzAAz????????()對于等截面流道， ， ，可得lllMu?gg??220cs[(1)]gtpllCdzdz??(.5)式中， ，而 ，可見 。液相動量方程 0p(1)()(1)[(1)]2cos()l illllddpApAzAdzzzgPMuu???????????????????????? ?()在此省略了由界面質(zhì)量交換所產(chǎn)生的動量項。液相的連續(xù)方程 0lll lidMzWC????????? ()而 (1)ll luAG??? (.7)方程可寫為 ??()0l liddCz???()公式 中， ——液相界面效應(yīng)；()ldW——周界。 同樣也需要按兩相參數(shù)進(jìn)行處理，QAucmtp0?其中 Re 和 都需要取描述其兩相流的平均數(shù)值。這種方法屬于經(jīng)驗?zāi)Ｐ头懂?。實驗中探針測量法及經(jīng)典的流體力學(xué)中解析研究法（攝動法，相似解等）對早期的研究方法是有局限的。研究多相流基本上有兩類不同的觀點：一類是僅僅把流體視為連續(xù)介質(zhì)卻把顆粒群視為離散體系，研究顆粒軌道，顆粒動力學(xué)等；另一類是除了把流體作為連續(xù)介質(zhì)以外，把顆粒群看成擬流體或擬連續(xù)介質(zhì)，并假設(shè)其在空間中具有連續(xù)的溫度分布和速度分布以及等價的輸運(yùn)特性（粘性，導(dǎo)熱，擴(kuò)散等） [34]。在自然界及工程中，兩相或多相流是普遍存在的?，F(xiàn)在，兩相流的基本方程還是處于研究發(fā)展的階段。此類方程組叫做基本方程，其中，根據(jù)不同需要的問題，它可以有一維、二維或三維的。盡管這種方法有此項優(yōu)點，但其所取得的數(shù)據(jù)結(jié)果通常是離散的，如果想要得到其中每個參數(shù)之間的關(guān)系，就要進(jìn)一步分析研究并對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，這樣才能得出描述其過程機(jī)理的關(guān)聯(lián)式。 氣固兩相流理論 兩相流研究現(xiàn)狀目前兩相流的研究還是以實驗為主。ij?ijijiju?????不能絕對地認(rèn)為哪種模型總是優(yōu)于其他的模型，要根據(jù)具體問題的特點而決定。k???RSM 模型也是高雷諾數(shù)湍流計算模型的一種，在固體壁面附近，在分子粘性的作用下，湍流脈動受到阻尼，其雷諾數(shù)很小，所以上述方程不再適用。?、該模型適合比較廣泛的流動類型，包括自由流、腔道流動、邊界有分離的流動和層流動等。??重整化群 模型主要針對高雷諾數(shù)流動問題，然而對于低雷諾數(shù)的問題則需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。該模型假定分子粘性的影響可以忽略不計，流動為完全的湍流狀態(tài)，所以，標(biāo)準(zhǔn)的 模型只適合于完全k??湍流狀態(tài)的模擬。?k?k??（1）標(biāo)準(zhǔn) 模型?雙方程模型是在湍動能 方程的基礎(chǔ)上，引入一個湍動耗散率 的方程所形k ?成的，稱之為標(biāo)準(zhǔn) 模型。()根據(jù)普朗特表達(dá)式： tCkl???()式中， 為經(jīng)驗常數(shù)， ， ， 。湍流是流體微團(tuán)不規(guī)則的運(yùn)動，分子熱運(yùn)動的相應(yīng)尺度小于湍流脈動的最小空間尺度和最小時間尺度。它的不規(guī)則性體現(xiàn)在壓強(qiáng)、速度等物理量在時間和空間的不規(guī)則分布，此外還有它流動的不重復(fù)性。無論是江河海洋的流動還是大氣的運(yùn)動，無論是邊界層的內(nèi)流動還是管道的流動，無論是透平機(jī)械的內(nèi)部流動還是各種繞流，絕大部分都是湍流運(yùn)動。粘習(xí)慣上認(rèn)為臨界雷諾數(shù)是 2320。湍流和層流相反，在湍流中，速度分量的平均值疊加隨機(jī)的湍流脈動表示的才是速度分量。通常也可以簡稱為內(nèi)流和外流。反之即為非定常流動。把流體的密度 能否看成常數(shù)，可?以將流體分為可壓縮流體與不可壓縮流體兩大類。實際上也存在著這樣的流體，其應(yīng)變率與剪應(yīng)力之間存在著非常復(fù)雜的非線性關(guān)系。盡管這個牛頓關(guān)系只是一種近似的線性關(guān)系，卻可以很好地適用于一類流體。實際上，真正的理想流體是不存在的。假設(shè)在連續(xù)介質(zhì)前提下，流體中某一點的密度可以用下面的公式表示 0limvMV????A (2.)這里， 是流體的密度，單位為 kg/m3； 是該流體微團(tuán)中含有流體物質(zhì)的質(zhì)量；?東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2 章 計算流體動力學(xué)理論基礎(chǔ)11是流體微團(tuán)的體積。 dyu???()式中 代表剪應(yīng)力，單位是 Pa；du/dy 代表流體的剪切變形速率； 是流體的粘性? ?系數(shù)或動力粘性系數(shù)，單位是 。FLUENT 軟件中定義一個大氣壓值是 105Pa，壓強(qiáng)和參考壓強(qiáng)（通常被設(shè)為大氣壓強(qiáng)）之間的差值定義成表壓（Gauge Pressure） 。CFD 數(shù)值計算和實驗觀測、理論分析三者是相互聯(lián)系、相互依賴、相互促進(jìn)的關(guān)系，所以不能完全被替代，三者各自有其適用場合。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2 章 計算流體動力學(xué)理論基礎(chǔ)10CFD 的優(yōu)點是適應(yīng)性強(qiáng)和應(yīng)用面廣。CFD 可以看作是在流動基本方程（質(zhì)量守恒方程、能量守恒方程、動量守恒方程）的作用下對流體的數(shù)值模擬。本章將對課題中所用到的相關(guān)知識做基本介紹。根據(jù)數(shù)值模擬的結(jié)果對流動現(xiàn)象實行其再現(xiàn)和預(yù)測，對比多種方案分析研究各種工程措施的結(jié)果，對工程建設(shè)具有先進(jìn)的指導(dǎo)作用。（4）分別對氣體單相和氣固兩相的流場和溫度場分布圖進(jìn)行分析，改變滾筒干燥機(jī)入風(fēng)口結(jié)構(gòu)重新模擬，分析結(jié)果變化的原因。本課題以褐煤為干燥對象，分析褐煤的物理性質(zhì)，再研究滾筒內(nèi)氣固兩相流數(shù)值模擬，模擬顆粒的運(yùn)動特征，尋找各操作參數(shù)對于干燥機(jī)工作性能的影響，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。通過此項技術(shù)的研究，可以找到最優(yōu)的操作參數(shù)，在獲得較好的干燥質(zhì)量的前提下，減少能量的浪費(fèi)。但是，國內(nèi)的一些研究人員也開東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論8始著手做了大量有關(guān)流場的工作，姜洪舟和李應(yīng)開 [24]已經(jīng)進(jìn)行了懸浮烘干機(jī)冷態(tài)流場的數(shù)值計算。除此之外，周修理、鄭先哲 [23]等人研究了滾筒式牧草干燥機(jī)的參數(shù)模擬和分析。又因為常規(guī)的測試手段很難通過測試得到，致使人們在開發(fā)和設(shè)計更高效率的設(shè)備上步履維艱。：物料從入料口進(jìn)入滾筒干燥機(jī)，在熱風(fēng)和抄板的作用下沿回轉(zhuǎn)筒向前移動。：此裝置由電機(jī)、齒輪、減速器和齒圈等部分組成。干燥時用到的載熱體通常為熱空氣或者煙道氣等。美國生產(chǎn)的設(shè)置有五種結(jié)構(gòu)形式的阻料圈和揚(yáng)料抄板的新型干燥器，此類干燥器將位置可調(diào)整的環(huán)形擋板安裝在回轉(zhuǎn)筒的斷面上，構(gòu)成阻料圈，延長了被干燥物料在干燥器內(nèi)的滯留時間；再根據(jù)揚(yáng)料板呈不同高度設(shè)置，把進(jìn)料端設(shè)置較高，出料端的設(shè)置逐漸降低 [6]。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論6國外的干燥設(shè)備一直都處于領(lǐng)先的地位。山東省的天力干燥設(shè)備有限公司成功研發(fā)了帶自清理結(jié)構(gòu)的糟渣類物料轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)，該干燥機(jī)涵蓋了流化床技術(shù)、惰性粒子回轉(zhuǎn)圓筒干燥技術(shù)、氣流技術(shù)。噴漿造粒干燥機(jī) [15]的回轉(zhuǎn)筒中能完成干燥和造粒兩個任務(wù)。根據(jù)熱載體的不同，間接加熱滾筒干燥機(jī)又細(xì)分為常規(guī)式和蒸汽管式。根據(jù)對濕物料的加熱方式，把滾筒干燥機(jī)分為五種類型，分別是直接加熱式干燥機(jī)、間接加熱式干燥機(jī)、蒸汽煅燒干燥機(jī)、復(fù)合加熱式干燥機(jī)、噴漿造粒干燥機(jī)。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論5 滾筒干燥機(jī)概況 滾筒干燥機(jī)的國內(nèi)外現(xiàn)狀伴隨著工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的深刻變化以及科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展，人們對加工工藝和產(chǎn)品的質(zhì)量的要求也逐年增高，產(chǎn)量也越來越大，滾筒干燥機(jī)是干燥較大物料產(chǎn)量的設(shè)備之一。若物料可以在較高溫度下停留很長時間，此過程就能夠順利進(jìn)行。另外，水果切片和根莖類蔬菜在此過程中過快干燥，會提高臨界含水量而不利于提高干燥全過程的速率。外部條件在排除非結(jié)合表面濕分時，即干燥的初始階段特別重要，物料表面的水分通過物料表面的氣膜以蒸汽形式向周圍擴(kuò)散，并伴隨傳熱進(jìn)行，故加速干燥可采取強(qiáng)化傳熱 [13]。從經(jīng)濟(jì)角度分析，處理量的大小也是選擇干燥設(shè)備形式的因素之一。藥品生產(chǎn)中，還常用到液體和粉狀物料經(jīng)干燥后達(dá)到一定粒徑的顆粒。研究內(nèi)容包括：基礎(chǔ)研究（理論、模擬、模型等） ；應(yīng)用研究（以設(shè)備為對象的工藝、控制、測試等） ；干燥方法研究（微波、冷凍、噴霧、過熱蒸汽干燥等） ；基于產(chǎn)品的研究（如食品、農(nóng)產(chǎn)品、紙張、木材干燥等） ；還有環(huán)境、能源、質(zhì)量、管理、軟件等方面的研究。因此生產(chǎn)中應(yīng)用很少。通常是利用空氣來干燥物料，空氣預(yù)先被加熱送入干燥器，將熱量傳遞給物料，汽化物料中的水分，形成蒸汽，并隨空氣帶出干燥器。但機(jī)械脫水法是一種最經(jīng)濟(jì)的方法。機(jī)械脫水法就是通過對物料加壓的方式，將其中一部分水分?jǐn)D出。各種物料可以是固體、液體或氣體，固體又可分為大塊料、纖維料、顆粒料、細(xì)粉料等，而濕分一般是物料中的水分，也可以是其他溶劑。本文利用計算流體動力學(xué)軟件 Fluent 對滾筒干燥機(jī)內(nèi)溫度場和流場進(jìn)行模擬分析。圓筒空間大，物料流動阻力小。目前有數(shù)以百計的各種干燥機(jī)類型，但適用處理高濕、物料產(chǎn)量大的干燥器東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論2并不多，滾筒干燥機(jī)就是其中的一種。盡管滾筒干燥機(jī)技術(shù)上并不先進(jìn)，但它對物料的特殊作用使之到目前為止仍在廣泛使用，目前還沒有其設(shè)備能完全代替它。由于中國干燥器需要量猛增，隨之在中國出現(xiàn)了一批干燥器制造廠，基本上滿足了國內(nèi)市場的需要，還有極少量產(chǎn)品出口國外。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論1單通道滾筒干燥機(jī)內(nèi)溫度場和流場數(shù)值模擬畢業(yè)論文第 1 章 緒 論 概述干燥是許多工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝過程之一，它直接影響到產(chǎn)品的性能、形態(tài)、質(zhì)量以及過程的能耗等。近二十年來，中國的干燥設(shè)備取得了巨大的進(jìn)步。滾筒干燥機(jī)是一種以對流為主的傳熱方式使物料加熱、水分汽化的干燥器。顆粒物料在滾筒干燥機(jī)內(nèi)的運(yùn)動是十分復(fù)雜的，顆粒運(yùn)動的機(jī)理取決于一系列的狀態(tài)因素和物料本身的特性。本課題所研究的直接加熱式單通道滾筒干燥機(jī)，規(guī)格為 16m，此類滾筒干燥機(jī)與其他類型干燥機(jī)相比，其明顯的優(yōu)勢在于：生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作。但在實際生產(chǎn)應(yīng)用中的單通道滾筒干燥機(jī)，常常會出現(xiàn)熱效率不高，操作人員對運(yùn)行機(jī)理和內(nèi)部溫度和流動狀況不清楚等現(xiàn)象，造成設(shè)計和使用的盲目性。簡言之，干燥就是從各種物料中去除濕分的過程。為了減少干燥器的熱負(fù)荷，減少濕物料中的水分含量是很重要的。因此，物料經(jīng)機(jī)械脫水后其含水率仍然很高，一般為 40%~60%。除去物料中的水分需要消耗一定的熱能。是利用吸濕劑除去氣體、液體、固體物料中的少量水分，由于吸濕劑的除濕能力有限，僅用于除去物料中的微量水分。目前，對于干燥的研究越來越廣泛和深入。有的干燥過程，特別是藥品的干燥，希望不破壞原來的晶形。干燥機(jī)的進(jìn)料和出料也有技術(shù)問題，很多方面還是要憑借實踐經(jīng)驗。 干燥原理 外部條件控制的干燥過程干燥過程中外部變量有濕度、溫度、物料的物理形態(tài)、氣流的流速和方向、攪動狀況，和干燥器的持料方法。在此情況下，相對濕度較高的氣體作干燥介質(zhì)既有較高的干燥速率又避免出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。一些外部因素通常會提高表面蒸發(fā)速率，從而降低了重要性。由微波提供的能量可汽化內(nèi)部水分，若輔以對流或抽真空方法能排除水蒸氣。所以，滾筒干燥機(jī)的作用不容忽視。間接加熱式滾筒干燥機(jī)的載熱體與濕物料不直接接觸，濕物料所吸收的熱量都是靠傳熱壁傳給的。復(fù)合加熱式滾筒干燥機(jī)的一部分熱量是載熱體與物料直接接觸而傳遞的；另一部分熱量是干燥介質(zhì)經(jīng)過傳熱壁傳給濕物料，是對流傳熱和熱傳導(dǎo)兩種形式的組合，熱利用率高。合肥水泥研究院成功研制了組合揚(yáng)料板式烘干機(jī)，內(nèi)部設(shè)有多段形狀不同的揚(yáng)料板，導(dǎo)向阻料圈和徑向折流板，物料在烘干機(jī)內(nèi)部沿軸向呈“波浪”向前“蠕動” ，在圓斷面撒落均勻，延長了烘干的時間。除此之外，該類烘干機(jī)制造簡單，維修所需備品備件少，筒體配有保溫措施，使散熱損失最小化，提高烘干熱效率。這是因為回轉(zhuǎn)筒內(nèi)部首段設(shè)有直板形揚(yáng)料抄板，中段安裝套索板緊密排列，后段為空筒段，在筒壁的尾部開 φ20mm 的小孔，起到分離塊狀和粉料物料的作用。筒體內(nèi)壁上安裝抄板，隨著回轉(zhuǎn)筒的慢慢轉(zhuǎn)動，將物料邊移動、邊翻滾并不斷的被抄起和撒落，與進(jìn)入回轉(zhuǎn)筒內(nèi)的熱空氣充分換熱從而均勻干燥。：滾筒干燥機(jī)的主體即回轉(zhuǎn)筒，進(jìn)行著傳熱和傳質(zhì)的過程，其內(nèi)部的抄板能把物料輸送出去。此外，回轉(zhuǎn)筒軸向竄動可以由擋輪控制。 本文研究意義、研究內(nèi)容及研究方法 課題研究意義一直以來，滾筒干燥機(jī)的研究情況僅限于對干燥過程提出數(shù)學(xué)模型和對干燥過程的試驗研究，這些研究還不能完全揭示出滾筒內(nèi)部物料的運(yùn)動情況，更不能反應(yīng)出干燥機(jī)內(nèi)部流場和溫度場的實際情況 [2021]。鑒于溫度場的模擬，很多學(xué)者針對干燥機(jī)內(nèi)氣流溫度的測量方法做了相關(guān)介紹，研究了熱電偶的制作方法和標(biāo)定結(jié)果，探究了干燥機(jī)內(nèi)氣流溫度的測量，以及怎么使用熱電偶來測量氣流的平均溫度值及加熱器兩側(cè)的溫度場 [22]。關(guān)于流場的數(shù)值模擬，目前還沒有關(guān)于滾筒干燥機(jī)流場的充分研究。本課題基于 CFD 軟件的高計算精度、強(qiáng)適應(yīng)性、計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和規(guī)范統(tǒng)一的計算格式等優(yōu)點，應(yīng)用于滾筒干燥機(jī)內(nèi)部的溫度場和流場數(shù)值模擬。探求最適合單通道滾筒干燥機(jī)的計算域網(wǎng)格劃分的方法，理論模型的選擇方法和數(shù)值計算的方法，先對回轉(zhuǎn)筒內(nèi)進(jìn)行氣體單相流場的數(shù)值模擬。（3）打開 CFD 軟件的 FLUENT 模塊讀入網(wǎng)