【正文】 從物理本質(zhì)上來看，熱輻射同其他所有輻射一樣，都屬于電磁波。熱對(duì)流一般不能用獨(dú)立的方式來傳遞熱量，其過程中一定有熱傳導(dǎo)的存在。熱量的基本傳遞方式有三種：熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射，實(shí)際生產(chǎn)中都是以這三種方式進(jìn)行熱量傳遞的，并且多數(shù)情況下在同一時(shí)刻都是兩種甚至三種熱量傳遞方式同時(shí)存在 [4142]。得到整體網(wǎng)格單元 1168058，整體網(wǎng)格節(jié)點(diǎn) 409805。 另 外 ， 褐 煤 脫 水 的 工藝 也 有 很 多 種 ： 回 轉(zhuǎn) 管 式 干 燥 、 熱 脫 水 工 藝 、 機(jī) 械 脫 水 、 床 混 式 干 燥 、 熱 壓 脫 水 工藝 [40]。可是同硬 質(zhì)煤相比，由于多半褐煤埋層淺，經(jīng)濟(jì)可采量約占全部煤藏量的 23%，東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機(jī)內(nèi)流體有限元模型的建立34幾乎都可以露天開采，所以價(jià)格低廉，可作為貴重的碳化氫資源。滾筒干燥機(jī)選用的干燥物料是褐煤，通常采用并流操作以降低著火的可能性。本課題的邊界條件主要從回轉(zhuǎn)筒中間部分、回轉(zhuǎn)筒抄板周圍、進(jìn)風(fēng)加料罩、排風(fēng)出料罩四部分施加。雖然在理論上開放邊界條件存在著很大的爭(zhēng)議，但開放邊界條件與 CFD 中其他邊界條件的描述相比最為簡(jiǎn)便。很多流體流動(dòng)行為的復(fù)雜特性包含在表述流動(dòng)問題的邊界條件之中。如圖 ~ 所示。為此可以選擇合適的四面體或六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，填充到每個(gè)子塊之中。它是由多個(gè)相互聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格塊組合形成的。計(jì)算流體力學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵步驟就是網(wǎng)格的生成，當(dāng)物體的形狀尺寸復(fù)雜的程度較大時(shí)，網(wǎng)格生成技術(shù)起到了十分重要的作用。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機(jī)內(nèi)流體有限元模型的建立29回轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑：φ1800mm回轉(zhuǎn)筒長度：16000mm出風(fēng)排料罩寬度：500mm出風(fēng)口尺寸：500mm500mm出料口尺寸：350mm500mm進(jìn)風(fēng)加料罩寬度：400mm入風(fēng)口尺寸：φ450mm200mm入料口尺寸：240mm400mm進(jìn)料螺旋抄板尺寸：1000mm100mm12mm(該螺旋板的形狀為扇形圓環(huán)的一部分，外徑 3270mm，外徑與內(nèi)徑之間距離 100mm，扇形圓環(huán)對(duì)應(yīng)的圓心角 20 度)進(jìn)料螺旋抄板分布在靠近進(jìn)料罩的回轉(zhuǎn)筒內(nèi)一端，周向均勻分布 16 個(gè)，在滾筒上排列方向與軸線成 30 度角。同時(shí)，抄板的厚度變化對(duì)流場(chǎng)不會(huì)產(chǎn)生很大的影響，可以采用抄板加厚的思想，將抄板加厚到 12mm。速度入口（VELOCITY_INLET ）：速度入口邊界條件用于定義流動(dòng)入口邊界的速度和標(biāo)量 [27][32]。壓力入口（PRESSURE_INLET）：壓力入口邊界條件用來定義流動(dòng)入口邊界的總壓和其他標(biāo)量。該邊界條件不適用于可壓縮流動(dòng)。質(zhì)量流動(dòng)入口（MASS_FLOW_INLET）：質(zhì)量流動(dòng)入口邊界條件用于可壓流規(guī)定入口的質(zhì)量流速。在軸邊界處不要定義任何邊界條件。FLUENT 提供了 22 種流動(dòng)進(jìn)、出口邊界條件，具體如下：壁面（WALL）：用于限制固體和流體區(qū)域。Gambit 具有如下的網(wǎng)格生成技術(shù)：子映射網(wǎng)格生成技術(shù)、分區(qū)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成能力、四面體單元網(wǎng)格生成技術(shù)、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和混合網(wǎng)格技術(shù)、COOPER 網(wǎng)格生成技術(shù)、六面體核心網(wǎng)格技術(shù)、網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)、多面體網(wǎng)格技術(shù)、邊界層網(wǎng)格技術(shù)。網(wǎng)格劃分方法的選擇可以實(shí)現(xiàn)完全智能化，當(dāng)選擇一個(gè)計(jì)算區(qū)域后，Gambit 會(huì)自動(dòng)選擇最適宜的網(wǎng)格劃分算法，劃分網(wǎng)格的過程是極為容易的，其中專有網(wǎng)格劃分算法是可以保證在較為復(fù)雜的計(jì)算區(qū)域中直接劃分出具有高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格的。一般說來，越多的單元數(shù)量能夠達(dá)到越高的計(jì)算精度。 網(wǎng)格生成技術(shù)在前處理期間，計(jì)算區(qū)域的幾何尺寸定義后，下一步是最重要的網(wǎng)格生成。這樣既能保證幾何精度，又能滿足網(wǎng)格劃分的需要，為 Gambit 生成高質(zhì)量的計(jì)算網(wǎng)格打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文研究的單通道滾筒干燥機(jī)內(nèi)部雖然沒有復(fù)雜的曲面，但是有大量的抄板，直接在 Gambit 中建模顯然有些困難，所以采用第一種方法建立流體模型。本文采取均相模型分析。()()(.8)(.9)稱式 右側(cè)三項(xiàng)分別是摩擦壓降部分、加速損失壓降部分與重力壓降部分。此外 ，010g?2/f?glu?(1)/[]l lGx????，則上式為/()guGx???東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2 章 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)23201()costp lgCdxgGzAdz???????????????()總壓降包括以下三部分：加速壓降 22(1)algdpxz????????????()摩擦壓降 004FPdzARD???(.8)重力壓降 cosgtpdz??? ()由此可見兩相流與單相流是相似的。倘若 很小，則由此項(xiàng)數(shù)值所產(chǎn)生?的作用就很小，由于動(dòng)量是向量，對(duì)一維流道應(yīng)取它的軸向投影。iC同樣，氣相連續(xù)方程為 0ggiduAdWCz???????? ()東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2 章 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)22其中， ——?dú)庀嘟缑嫘?yīng)，而且 ；gdWgldWq???——潛熱（kJ/kg） ；?q——熱流密度（kW/m 2） ；——兩相界面的質(zhì)量傳遞效應(yīng) 。? 分相模型與均相模型不同之處在于把兩相流看成兩種單相流動(dòng)（氣相和液相） 。以下討論動(dòng)量方程（能量方程和質(zhì)量方程通常比較簡(jiǎn)單，在此暫不討論） 。近十幾年來由于引入了激光量測(cè)的研究方法和大型計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法，讓人們確切更深入的認(rèn)識(shí)了實(shí)際裝置內(nèi)多相流規(guī)律 [36]。連續(xù)介質(zhì)與綜合離散兩類處理方法的觀點(diǎn)最近也開始探討。絕大多數(shù)的流動(dòng)都可以認(rèn)為是多相流。為了滿足工程實(shí)際問題的需要，已經(jīng)完善了很多成熟的模型 [30][3435]。由于兩相流問題存在相間界面，介質(zhì)參數(shù)會(huì)在界面上發(fā)生急劇的變化（突變 jump） ，此時(shí)在界面上就會(huì)有特性或參數(shù)的傳遞。總之，目前對(duì)兩相流的研究，仍是以實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理和數(shù)值計(jì)算為前提的。因?yàn)橛绊懸蛩胤倍啵越馕龇治鰡栴}的方法還是很難得出結(jié)論。對(duì)于多數(shù)簡(jiǎn)單流動(dòng)如射流，管流，邊界層，噴管或者是其他通道型無旋轉(zhuǎn)無回流無浮力流而言，便可應(yīng)用單方程或混合長度模型。（5）LES 模型因?yàn)橄到y(tǒng)中的質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其他物理量的輸運(yùn)主要受大尺度渦影響，致使大渦的特性主要由假設(shè)流動(dòng)的邊界條件及幾何條件所決定，而流動(dòng)特性主要是在大渦中體現(xiàn)，在小渦中受邊界條件和幾何條件的影響很小，而且各向同性，所以在計(jì)算時(shí)直接求解大渦的方法就是大渦模型（LES 模型） 。（4）RSM 模型前面所介紹的每種雙方程模型都是采用了各向同性的湍流粘度的方式來計(jì)算湍流應(yīng)力，此類模型很難模擬出流動(dòng)方向表面曲率變化及旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的影響。（3）可實(shí)現(xiàn) 模型k??在時(shí)均應(yīng)變率特別大的情形下，標(biāo)準(zhǔn) 模型有可能導(dǎo)致負(fù)的正壓力。（2）重組化群 模型k??由 Yakhot 和 Orzag 提出的采用重組化群的數(shù)學(xué)方法是對(duì)瞬時(shí) NS 方程的模型推導(dǎo)出來的重組化群 模型（RNG 模型） 。此模型在 1972 年由 Spalding 和 Launder 提出。在確定長kDC??、 、 1k?~.3D?度比尺 的問題上，一方程模型仍很難解決，所以很難得到推廣和應(yīng)用。 FLUENT 中的湍流模型FLUENT 軟件中提供的湍流模型有很多種，要依據(jù)具體問題的湍流特點(diǎn)來選用，選擇的原則是計(jì)算精度高、運(yùn)算過程省時(shí)、簡(jiǎn)單通用。（2）多尺度性上面提到湍流的不規(guī)則性，同時(shí)它還包含很多不同尺度的流動(dòng)。眾所周知，湍流產(chǎn)生的必要條件是層流流線的擾動(dòng)，即便是最微小的擾動(dòng)最終都會(huì)使流動(dòng)變得隨機(jī)和混亂。如果 Re2320，管中的流動(dòng)看成是層流；如果Re2320，管中的流動(dòng)看成是湍流。從實(shí)驗(yàn)的角度上看，層流流動(dòng)是指流體的各層之間沒有任何干擾，層與層之間既沒有質(zhì)量的傳遞又沒有動(dòng)量的傳遞；然而湍流流動(dòng)各層之間存在相互干擾，而且干擾的力度會(huì)隨著流動(dòng)而增大，層與層之間既存在著質(zhì)量的傳遞又存在著動(dòng)量的傳遞。內(nèi)部流動(dòng)指的是渠道和管道中的流動(dòng)，還有一些限制在規(guī)定結(jié)構(gòu)中的流動(dòng)。在數(shù)學(xué)上的意義為，如果流動(dòng)的物理量（如壓力、東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2 章 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)12速度、溫度等）不隨時(shí)間改變，即 稱之為定常流動(dòng)；如果流動(dòng)的物理量隨??0t??時(shí)間改變，即 稱之為非定常流動(dòng)。壓縮性體現(xiàn)在作用于流體上壓力的變化可以引起流體的體積變化或者是密度變化，這一現(xiàn)象叫做流體的可壓縮性。如果流體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系受事前工況（即應(yīng)變工況）的影響，則這種流體就稱為觸變流體。氣體和水等絕大多數(shù)的生產(chǎn)工業(yè)中最常用的流體都是牛頓流體。但是在一定的情況下，至少在特殊的流動(dòng)區(qū)域中，有些流體的流動(dòng)非常近似于理想流動(dòng)的條件，在分析時(shí)可以當(dāng)作理想流體來處理。V? 流體流動(dòng)的分類流體流動(dòng)的分類方式多種多樣，根據(jù)流體流動(dòng)的結(jié)構(gòu)或物理屬性，按照下面幾種方式分類。粘性系數(shù)與密度的比值稱為運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，/kgms?()把它記作 ν。（2）粘性粘性度量運(yùn)動(dòng)著的流體對(duì)剪切反抗的能力。在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，三者的應(yīng)用要有機(jī)的結(jié)合起來。因?yàn)榱鲃?dòng)問題的自變量多，控制方程大多是非線性的，計(jì)算域的邊界條件和幾何形狀較為復(fù)雜，求解相對(duì)困難，要想獲得滿足工程需要的數(shù)值解，只有用 CFD 方法；并且，計(jì)算機(jī)還能進(jìn)行各種數(shù)值試驗(yàn)。通過這種數(shù)值模擬方法，得出復(fù)雜問題的基本物理量（如速度、溫度、壓力、濃度等）隨時(shí)間改變的情況，以及這些物理量在流場(chǎng)內(nèi)不同的分布位置，可以確定空化特性、漩渦分布特性、及脫流區(qū)等 [26]。 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)概述計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)寫是 CFD（Computational Fluid Dynamics） ，它可以定義為一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是使用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行相關(guān)的數(shù)值計(jì)算與圖像顯示，分析其中的流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)等一系列物理現(xiàn)象的。本課題研究的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的數(shù)值模擬是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科結(jié)合在一起綜合發(fā)展的具體運(yùn)用。（5）研究物料顆粒離散相分布情況，模擬出顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、直徑變化情況和在東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒 論9滾筒內(nèi)停留的時(shí)間。 研究方法本課題借助計(jì)算流體力學(xué) CFD 軟件對(duì)單通道滾筒干燥機(jī)內(nèi)流體進(jìn)行溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的數(shù)值模擬，具體實(shí)施方案如下：（1）根據(jù) 16m 干燥機(jī)型號(hào)，設(shè)定入風(fēng)口和出風(fēng)口的溫度和速度，確定研究分析的參數(shù)。另外，可以對(duì)滾筒干燥機(jī)進(jìn)行更加全面的傳質(zhì)傳熱研究，對(duì)我國干燥事業(yè)的發(fā)展有著現(xiàn)實(shí)意義。研究烘干機(jī)內(nèi)的冷態(tài)流場(chǎng)，依照混合長度理論和 Boussinesq 假說，并在四項(xiàng)合理性假定的基礎(chǔ)上，把流場(chǎng)的雷諾方程簡(jiǎn)化成一個(gè)邊值問題與一個(gè)初值問題。進(jìn)行了在滾筒式牧草干燥機(jī)上建立的干燥試驗(yàn)，計(jì)算模擬出滾筒干燥機(jī)內(nèi)部的熱風(fēng)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布，確定物料含水率受干燥條件的影響。正因如此，這種干燥機(jī)在應(yīng)用和發(fā)展上都受到了限制。：被干燥的物料運(yùn)行到出料口排出，廢氣經(jīng)除塵后由引風(fēng)機(jī)排除。電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速，傳遞給齒輪和齒圈等部件，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)。若載熱體與物料直接接觸，在經(jīng)過干燥后，可以用旋風(fēng)除塵器將細(xì)粉物料從氣體中捕集下來，同時(shí)把廢空氣放空 [1819]。 滾筒干燥機(jī)工作原理如圖 所示，單通道滾筒干燥機(jī)包括回轉(zhuǎn)筒、回轉(zhuǎn)筒驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)風(fēng)加料室、出風(fēng)排料室以及回轉(zhuǎn)筒內(nèi)的抄板裝置。日本生產(chǎn)的 φ5423m 具有聯(lián)合裝置的大型轉(zhuǎn)筒干燥器，其內(nèi)部分段設(shè)置普形揚(yáng)料板、羽狀揚(yáng)料板和鐵鏈環(huán)，可以將被干燥物料的水分從 12%減小到 4%。三種技術(shù)相結(jié)合極大地拓寬了使用范圍，不僅僅能干燥粘性物料、甚至可以干燥液體物料。噴嘴將料漿噴射到筒內(nèi)，返料螺旋抄板安插在筒體內(nèi)部，能完成自身返料的工序，簡(jiǎn)化流程，提高了設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度。蒸汽煅燒干燥器，顧名思義既能進(jìn)行煅燒，又能進(jìn)行干燥。而直接加熱式干燥機(jī)內(nèi)載熱體靠對(duì)流傳熱，與濕物料直接接觸，應(yīng)用范圍最廣泛。它在現(xiàn)代干燥技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，然而現(xiàn)代干燥技術(shù)在國民生產(chǎn)中應(yīng)用的程度與一個(gè)國家的國民生活質(zhì)量的水平和綜合國力密切相關(guān)。受內(nèi)部條件控制的干燥過程，其強(qiáng)化手段是有限的，通常減小物料的尺寸來減小濕分的擴(kuò)散阻力是有效的。 內(nèi)部條件控制的干燥過程當(dāng)物料表面的自由水分不充足時(shí)，濕物料接受熱量后，就開始升溫并形成內(nèi)部的溫度梯度，熱量由外部傳入內(nèi)部，濕分自物料內(nèi)部遷移到表面，此過程的機(jī)理依據(jù)物料結(jié)構(gòu)特征而異。但干燥速率難以控制，例如原木類物料和瓷器排除自由水后，由內(nèi)部到表面產(chǎn)生大濕度梯度，表面蒸發(fā)越快越易導(dǎo)致收縮，也就是過度收縮和過干燥。 干燥技術(shù)的未來趨勢(shì)一般地，干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)仍將沿著：有效利用能源、提高產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量、減少環(huán)境影響、安全操作、易于控制、一機(jī)多用等方向發(fā)展。干燥設(shè)備的選型主要是根據(jù)被干燥物料的形態(tài)來確定，物料形態(tài)不僅決定其干燥方式，同時(shí)對(duì)干燥機(jī)的干燥效率、干燥質(zhì)量、干燥均勻性及進(jìn)（出）料裝置等都有很大的影響，原料有時(shí)在進(jìn)行干燥前需經(jīng)前處理（如：減小尺寸、切片、造粒、擠壓、與干品返混等） ，這些也會(huì)影響對(duì)干燥機(jī)的選擇 [7]；此外，回收和用戶安裝地點(diǎn)的可行性問題也要考慮 [8]。干燥可以分為兩大類，一類要求干燥結(jié)束后，仍保持原料的原形，如很多食品類的干燥，建筑材料的干燥等。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文