【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 存在這消化吸收不徹底的情況。于是，在設(shè)備的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)中就存在著不少的問題：許多設(shè)備的設(shè)計(jì)大都采用模擬設(shè)計(jì)或相似設(shè)計(jì)的方法，通常是繪制樣機(jī)，然后對(duì)各部分進(jìn)行比例放大或縮小，部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行消弱或加強(qiáng)或略有改進(jìn)，以適應(yīng)自己的生產(chǎn)條件或能力。這樣的設(shè)計(jì)具有一定的盲目性和風(fēng)險(xiǎn)性，其效果只有在樣機(jī)生產(chǎn)出來以后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才能知道，很難預(yù)知產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是否合理，總體參數(shù)、各零部件參數(shù)一級(jí)作業(yè)參數(shù)選擇是否合理、是否達(dá)到最佳。在生產(chǎn)單位中，干燥設(shè)備一般都屬于大型設(shè)備，這樣以來，對(duì)資金是極大的浪費(fèi)。在干燥設(shè)備的使用方面，存在著很大的盲目性和被動(dòng)性。干燥設(shè)備所需配套不見特別多，這些部件的結(jié)構(gòu)形式，作業(yè)參數(shù)等均對(duì)干燥質(zhì)量造成一定的影響。安裝用戶若缺乏理論上的了解，就不能對(duì)操作系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，而對(duì)于使用單位而言，這又是最不利的因素，因?yàn)榘惭b調(diào)試均以實(shí)際對(duì)象的真實(shí)條件為準(zhǔn)，而不是實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 氣流流化干燥類型氣流干燥機(jī)有很多種，現(xiàn)在簡(jiǎn)要介紹幾種：a）環(huán)形噴射氣流干燥機(jī)。該裝置由干燥段，輸送段，循環(huán)段，分級(jí)室組成，濕粉狀或?yàn)V餅狀物料由螺旋輸送器輸入,泥漿或液態(tài)類由高精度泥漿泵輸入，未干燥完全的物料可以再次通過循環(huán)段進(jìn)入干燥室干燥。物料的含水量越高，干燥時(shí)間越短。比如蒸發(fā)98%，剩余水的蒸發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)。該裝置高溫高壓的氣流噴嘴可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)氣流干燥，干燥效率高，可用于泥狀物的干燥。而且產(chǎn)品溫度幾乎不升高，所以可干燥熱敏性物料和低熔點(diǎn)物料。b）帶式穿流干燥機(jī)。該裝置由若干單組成，每一單元熱風(fēng)獨(dú)立循環(huán)，部分尾氣由專門的排濕口排出，熱氣的傳輸過程中可以帶走物料表面的水分。該裝置的速度可以根據(jù)物料的濕度自行調(diào)節(jié)，操作非常方便。c）脈沖氣流干燥機(jī)。使用高速熱氣流使得物料懸浮在其中，通過熱交換達(dá)到使物料水分散失的目的，這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，效率高，缺點(diǎn)是流動(dòng)阻力大，動(dòng)力耗能也大。流化干燥可以節(jié)約能耗，并且可以干燥大量不同類型的物料。由于流化干燥是一種典型的流態(tài)化操作過程，屬于流態(tài)化技術(shù)范疇。所謂流態(tài)化技術(shù)即是指利用流動(dòng)流體的作用，促使大量固體顆粒懸浮于流體介質(zhì)中，從而使得固體顆粒呈現(xiàn)出類似于流體的某些表觀特性的過程操作。因此，圍繞著設(shè)備內(nèi)部物料的更好流化，目前該類干燥機(jī)設(shè)計(jì)有多種機(jī)型，總體有如下幾種：a)帶攪拌流化床干燥器。該裝置由干燥器、排風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)分離器、攪拌器、粗細(xì)顆粒分級(jí)用空氣、空氣加熱器、過濾機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)組成，該裝置可以防止因流化不良導(dǎo)致死床。b）內(nèi)熱式流化床干燥器。跟一般的干燥器相比，也就是在裝置里面加入了換熱器或旋轉(zhuǎn)式換熱器，它通過換熱提供大部分的熱量，而不是通過輸入熱風(fēng)的方式。這樣起到節(jié)能的作用，在崇尚環(huán)保的當(dāng)今社會(huì)里比較適用。c）旋轉(zhuǎn)高速干燥機(jī)。它相當(dāng)于帶攪拌的錐形流化床，它主要是由加熱器、流化床、內(nèi)熱管、旋轉(zhuǎn)分離器、加料器、風(fēng)機(jī)組成，它其中壁層分布著空氣冷卻夾套，防止?jié)窳线^熱，它的主要部位呈錐形，上部速度小，下部速度大，可以使?jié)窳狭髁烤鶆?，而且它可以控制粗?xì)粒度均勻分布。它的攪拌裝置可以使周圍溫度適中，不至于過冷或過熱。該裝置體積小，生產(chǎn)能力大，值得推廣，有利于將來的生產(chǎn)。d）流化床噴霧造粒干燥。它是霧化，液化，干燥三者的結(jié)合，它是由加熱器、排風(fēng)機(jī)、袋濾器、泵等組成，這種設(shè)備體積小，生產(chǎn)能力大，造粒直徑寬，在工業(yè)生產(chǎn)中逐漸大量使用。如今流化床噴霧造粒干燥又衍生出好幾種類型的干燥機(jī)，如在螺旋出料器中設(shè)置流化分級(jí)裝置，或在中心出料管中通入分級(jí)空氣等。e）對(duì)撞流干燥。通過一些資料表明，該裝置是一種新型裝置，目前還處于研究狀態(tài)。該裝置干燥強(qiáng)度大，所以干燥所使用的時(shí)間很短。高度湍流、顆粒的懸浮流動(dòng)、顆粒振蕩與穿透在機(jī)內(nèi)綜合作用導(dǎo)致干燥強(qiáng)度很大。這種裝置主要是由預(yù)干燥器，干燥器、加速管等組成，汽固液三種介質(zhì)在里面混合，劇烈傳熱傳質(zhì)，使物料迅速干燥。 CFD理論及其應(yīng)用軟件 CFD技術(shù)方法近年來，隨著計(jì)算機(jī)性能與技術(shù)的飛速發(fā)展，人們開始采用高速計(jì)算機(jī)，結(jié)合先進(jìn)的流體力學(xué)模擬技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的成功應(yīng)用，很大程度上要得益于計(jì)算流體力學(xué)CFD方法的建立與發(fā)展，后者既是流體力學(xué)理論中一個(gè)重要的研究分支，同時(shí)也是我們研究和了解復(fù)雜流體現(xiàn)象的一種有效手段。具體地說，CFD是一門對(duì)工程中流體流動(dòng)、傳熱、燃燒、化學(xué)反應(yīng)、多相流等進(jìn)行數(shù)值預(yù)測(cè)和工程模擬的研究技術(shù)。在相關(guān)的CFD軟件中，只要我們輸入描述過程現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型，然后依據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算數(shù)學(xué)理論進(jìn)行求解，求解值即為對(duì)于實(shí)際實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)結(jié)果。因此，利用CFD軟件，研究者可通過調(diào)整模型中的變量，在較短時(shí)間內(nèi)搜索得到最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)結(jié)果，從而確定出模型變量的最佳取值。CFD是在計(jì)算機(jī)上求解描述流體運(yùn)動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)的偏微分方程組，并且對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行過程模擬。CFD可用來進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)研究，復(fù)雜流動(dòng)結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)，了解在燃燒過程中的化學(xué)反應(yīng)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。其主要優(yōu)點(diǎn)是能以較少的費(fèi)用和較短的時(shí)間獲得大量有價(jià)值的研究結(jié)果，對(duì)投資大、周期長(zhǎng)、難度高的實(shí)驗(yàn)研究來說，CFD的有點(diǎn)就更為突出。因此，將CFD與工程研究相結(jié)合，不僅有助于工程設(shè)計(jì)的改進(jìn)，而且能減少實(shí)驗(yàn)的工作量?？梢哉f，CFD是一種有效和經(jīng)濟(jì)的研究手段。換言之，CFD是一種可以通過計(jì)算機(jī)生成數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的技術(shù)。它是把一些在空間和時(shí)間上連續(xù)的物理量的場(chǎng)用一些離散點(diǎn)的變量集合來代替，通過一定的方式來建立關(guān)于這些離散點(diǎn)的代數(shù)方程式，然后求解方程式得出這些變量集合，從而得出場(chǎng)的近似值的過程。CFD數(shù)值模擬可以看作是在質(zhì)量守恒方程，能量守恒方程等諸如這種平衡方程的控制下對(duì)流動(dòng)的模擬，在氣流干燥方面，就是對(duì)氣流和物料流動(dòng)的數(shù)值模擬。數(shù)值模擬已經(jīng)成了工程中許多領(lǐng)域的一種較為先進(jìn)的研究方法。簡(jiǎn)言之，CFD方法是近代流體力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物, 是利用高速計(jì)算機(jī)求解控制流體流動(dòng)的偏微分方程組，定量求取流體流動(dòng)狀態(tài)的方法，也就是對(duì)流場(chǎng)的控制方程用計(jì)算數(shù)學(xué)的算法將其離散到一系列網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上求其離散的數(shù)值解的一種方法?？刂扑辛黧w流動(dòng)的基本定律有：質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。由此可以分別導(dǎo)出連續(xù)性方程、動(dòng)量方程（又稱納維爾斯托克斯方程）和能量方程，進(jìn)而可聯(lián)立得到納維爾斯托克斯(NavierStokes)方程組，簡(jiǎn)稱NS方程組。NS方程組是流體流動(dòng)所需遵守的普遍規(guī)律，可精確描述了自然界流體流動(dòng)現(xiàn)象。但由于絕大多數(shù)工程上流體都屬于高度非線性的，無法通過求解此微分方程得到解析解。隨著計(jì)算科學(xué)工程(Computational Science and Engineering，簡(jiǎn)稱CSE)的日益發(fā)展，人們?cè)噲D通過數(shù)值方法直接求解各種控制方程，工業(yè)也要求用數(shù)值模擬手段解決各種設(shè)備及過程的設(shè)計(jì)與模擬，從而形成和發(fā)展了計(jì)算流體力學(xué)這一學(xué)科分支。將CFD用于化工過程的建模、化學(xué)反應(yīng)器和結(jié)晶器的設(shè)計(jì)與放大是現(xiàn)代高科技與傳統(tǒng)科學(xué)相結(jié)合的典范。CFD 摒棄傳統(tǒng)化工過程的建模方式，用詳盡、真實(shí)和生動(dòng)再現(xiàn)的方式來描述化工過程，因而被稱之為“虛擬真實(shí)”(virtual reality)之法。此應(yīng)用因其可靠、經(jīng)濟(jì)和快速，已引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛重視并成為世界化工新興前沿領(lǐng)域。計(jì)算流體力學(xué)和相關(guān)的計(jì)算傳熱學(xué)、計(jì)算燃燒學(xué)的原理是用數(shù)值方法求解非線性聯(lián)立的質(zhì)量、能量、組分、動(dòng)量和自定義的標(biāo)量的微分方程組。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)日益成熟，一個(gè)主要的標(biāo)志就是各種CFD通用商務(wù)軟件陸續(xù)出現(xiàn)，專門用來進(jìn)行流場(chǎng)分析、流場(chǎng)計(jì)算、流場(chǎng)預(yù)測(cè)。除了應(yīng)用于航空、航天、船舶、水利方面外，應(yīng)用的范圍逐步擴(kuò)大到化工、冶金、建筑、環(huán)境、食品等相關(guān)領(lǐng)域。通過CFD軟件，可以分析、顯示流場(chǎng)中的現(xiàn)象，在較短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)其性能，并通過改變各種參數(shù)，達(dá)到最佳設(shè)計(jì)效果。CFD的數(shù)值模擬，能使我們更加深刻地理解問題產(chǎn)生的機(jī)理，為實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)，節(jié)省實(shí)驗(yàn)所需的人力、物力和時(shí)間，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理和規(guī)律的得出起到很好的指導(dǎo)作用，是十分有利的。計(jì)算數(shù)學(xué)中，將具體的流場(chǎng)控制方程分為3類：橢圓型、拋物型和雙曲型方程。橢圓型方程與時(shí)間變量無關(guān)，僅與空間變量的二次導(dǎo)數(shù)項(xiàng)有關(guān)，一般用作描述定常情況的控制方程。拋物型與雙曲型方程不僅與空間變量導(dǎo)數(shù)項(xiàng)有關(guān)，而且與時(shí)間變量的一階和二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)有關(guān)，被用作描述非定常情況下的控制方程。求解偏微分方程的數(shù)值方法主要分為有限差分法、有限元法及有限體積法3種。他們中的任意一種都可以用來求解偏微分方程，但求解的精度不一樣。對(duì)這3種不同類型方程數(shù)學(xué)上已經(jīng)發(fā)展出不同的穩(wěn)定、收斂的算法。一般，對(duì)于橢圓型方程使用有限元法、對(duì)于拋物型和雙曲型方程則使用有限體積法。就研究歷史來看，CFD是20世紀(jì)60年代伴隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)值算法的進(jìn)步而迅速崛起的新興技術(shù)。由于受到當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算費(fèi)用的制約，早期CFD只在核工業(yè)和航空領(lǐng)域中應(yīng)用，主要用于解決計(jì)算流體力學(xué)中一些基本的理論問題，如模型方程（湍流、流變、傳熱、輻射、氣體顆粒作用、化學(xué)反應(yīng)、燃燒等）、數(shù)值方法（差分格式、代數(shù)方程求解等）、網(wǎng)格劃分、程序編寫與實(shí)現(xiàn)等，同時(shí)也初步涉及網(wǎng)格變換等問題。其中，Patankar等學(xué)者發(fā)表的用于描述外部繞流問題的拋物線偏微分方程PS法，以及解決內(nèi)流問題的SIMPLE算法等，都是當(dāng)時(shí)具有代表性的研究成果。到了70年代中后期，隨著數(shù)值預(yù)測(cè)、原理和方法的不斷完善，學(xué)者們已開始探討CFD在解決實(shí)際工程問題中的可行性、可靠性和工業(yè)推廣等課題，研究也逐漸向氣固、液固多相流、化學(xué)反應(yīng)流、非牛頓流、化學(xué)反應(yīng)流、煤粉燃燒等諸多復(fù)雜流動(dòng)問題中拓展。到了80年代初期，CFD已成功運(yùn)用于汽車制造業(yè)和化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域，但此時(shí)工業(yè)界對(duì)于CFD技術(shù)的應(yīng)用前景并未明朗，仍普遍處于觀望階段，缺乏必要和足夠的研發(fā)熱情。為此，CHAM公司和Patankar等學(xué)者在發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)界開展了大量艱苦的推介工作，學(xué)者Spalding也于1985年在第四屆國(guó)際計(jì)算流體力學(xué)會(huì)議上，作了關(guān)于展望CFD在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中應(yīng)用前景的專題報(bào)告。報(bào)告將工程中常見的流動(dòng)、傳熱、化學(xué)反應(yīng)等過程粗略劃分為十大類問題，并指出CFD都有望對(duì)此加以解決，報(bào)告取得了良好的推介效果。此后，隨著工業(yè)生產(chǎn)的逐步深入，眾多新設(shè)備和新工藝不斷被研發(fā)和推出，大量繁瑣和復(fù)雜的流動(dòng)計(jì)算問題日益凸現(xiàn)。與此同時(shí)，由于計(jì)算圖形學(xué)和微機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步，CFD的前、后處理軟件也相繼得到了較好地解決與發(fā)展。因此，學(xué)者們此時(shí)才真正開始對(duì)CFD技術(shù)給予前所未有的高度關(guān)注，并投入大量熱情和經(jīng)費(fèi)進(jìn)行CFD的深度研發(fā)，此后CFD技術(shù)正式步入了一個(gè)持續(xù)有序的發(fā)展階段。目前，CFD的計(jì)算效率、準(zhǔn)確性和可靠性等指標(biāo)都已有了大幅度的提高，其在工業(yè)上的應(yīng)用也更為普遍，早己超越了如核能、航空、航天、船舶、鐵路運(yùn)輸、動(dòng)力、化工和水利等傳統(tǒng)的流體工程范疇，正逐步向建筑、冶金、制冷、環(huán)境等新的生產(chǎn)領(lǐng)域中滲透?？傊?，流體力學(xué)模擬技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的成功應(yīng)用，很大程度上要得益于計(jì)算流體力學(xué)CFD方法的建立與發(fā)展，后者既是流體力學(xué)理論中一個(gè)重要的研究分支，同時(shí)也是我們研究和了解復(fù)雜流體現(xiàn)象的一種有效手段。實(shí)際上，CFD技術(shù)是一種求解流體流動(dòng)控制方程組的數(shù)值方法。簡(jiǎn)言之，CFD方法是近代流體力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物, 是利用高速計(jì)算機(jī)求解控制流體流動(dòng)的偏微分方程組, 定量求取流體流動(dòng)狀態(tài)的方法，也就是對(duì)流場(chǎng)的控制方程用計(jì)算數(shù)學(xué)的算法將其離散到一系列網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上求其離散的數(shù)值解的一種方法。 CFD計(jì)算特點(diǎn)CFD這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：能合理配置資源，有很大的靈活性、不受物理模型的限制，能模擬任何數(shù)值，甚至能模擬特殊狀態(tài)下的真實(shí)條件，而實(shí)驗(yàn)有時(shí)并不能制造如此特殊的環(huán)境；它能提高一定的實(shí)驗(yàn)效率；并且經(jīng)過一定處理后就可以使得結(jié)果可視化，我們可以很直觀地通過數(shù)字和圖像觀察到是否適宜采用所實(shí)驗(yàn)的技術(shù)或器材，不需要像實(shí)際生產(chǎn)那樣。通過實(shí)際生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)，有時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致原材料及資源的浪費(fèi)，造成不必要的損失，然后可能還看不到預(yù)測(cè)的結(jié)果。CFD彌補(bǔ)了這一缺陷。而且采用CFD技術(shù)，克服了模型試驗(yàn)中的耗人力物力以及實(shí)驗(yàn)中模型尺寸、流場(chǎng)干擾等自身?xiàng)l件的限制，能夠形象地再現(xiàn)流動(dòng)情景，將結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)上，并且能夠節(jié)約很大的成本，做到了節(jié)能減排，是一種越來越流行的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。如果CFD的計(jì)算解中基本上含有了流動(dòng)中的所有重要的物理性質(zhì)，那么CFD技術(shù)(計(jì)算機(jī)程序本身)就象一個(gè)儀器，可以用來進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，幫助理解流動(dòng)的基本性質(zhì)。這些數(shù)字化實(shí)驗(yàn)都是對(duì)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的直接模擬。然而如此先進(jìn)的技術(shù)，還是具有一定的自身局限性。如果該物理過程在所研究問題公式化的過程中，并沒有被正確地涵蓋進(jìn)去，那么CFD技術(shù)是不能重現(xiàn)這種現(xiàn)象的。其中最重要的例子就是湍流現(xiàn)象。目前大多數(shù)湍流問題的CFD的解所包含的湍流模型或是真實(shí)物理現(xiàn)象的近似，或者是依賴于湍流模型中各種常數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，雖然對(duì)于一些情況的某些計(jì)算是合理的，但是所有湍流流動(dòng)的CFD解仍被準(zhǔn)確性的問題所困擾。另一個(gè)例子就是化學(xué)反應(yīng)流動(dòng)的計(jì)算。由于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率的機(jī)理以及反應(yīng)常數(shù)經(jīng)常是非常不準(zhǔn)確的，所以所有這種情況下的CFD解都會(huì)被這種不確定性所影響。因此從這幾方面來看，CFD還存在著一定的瑕疵，但人無完人，更何況是這種技術(shù)，我們需要在更多的學(xué)習(xí)中努力鉆研開發(fā)，使這種技術(shù)臻于完善。 經(jīng)典商業(yè)化軟件近年來，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷提高，以及數(shù)值算法的日臻完善，出現(xiàn)了不少優(yōu)秀的CFD商業(yè)化軟件，這使得學(xué)者們可以從算法、編程等一些繁瑣的研究工作或問題中解脫出來，以便更加專注地研究流體流動(dòng)的本質(zhì)、初邊界條件以及計(jì)算結(jié)果的合理性等關(guān)鍵性問題。此外，運(yùn)用CFD模擬還可有效地避免實(shí)際試驗(yàn)的高成本等問題，且方便合理地配置操作環(huán)境，進(jìn)而使目的流場(chǎng)充分均勻，同時(shí)結(jié)果也具可視化的特性。在使用CFD軟件時(shí)，選擇合適的邊界條件對(duì)準(zhǔn)確反映流動(dòng)性質(zhì)至關(guān)重要, 準(zhǔn)確合理的邊界條件是使CFD計(jì)算解正確的必要條件。目前 比 較 好的CFD軟件有：Fluent、CFX、Phoenics、StarCD，除FLUENT是美國(guó)公司的軟件外，其它二個(gè)都是英國(guó)公司的產(chǎn)品。FLUENT是目前國(guó)際上比較流行的商用CFD軟件包，在眾多的CFD商業(yè)化軟件中，總部設(shè)在美國(guó)的FLUENT公司推出的FLUENT軟件應(yīng)屬佼佼者。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在全球眾多的CFD研究與開發(fā)商中，F(xiàn)LUENT公司乃最大的廠商之一，其推出的FLUENT軟件約占該類市場(chǎng)總額的40%，在美國(guó)的市場(chǎng)占有率更達(dá)60%。凡是和流體，熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法以及強(qiáng)大的前后