【正文】 它們的區(qū)。? 熱輻射熱輻射：當(dāng)物質(zhì)微觀粒子（原子）的內(nèi)部電子受激和振動時候，產(chǎn)生交替變化的電場與磁場，向空間發(fā)出傳播電磁波的現(xiàn)象。流體流過固體壁面并且由于它與壁面之間存在溫度差時的熱量傳遞現(xiàn)象稱為對流換熱，它與流體的流動機理是密不可分的；而導(dǎo)熱同時也是物質(zhì)的固有本質(zhì)，故對流換熱是流體微觀熱運動與流體宏觀熱運動（熱對流）的基本規(guī)律，即：牛頓冷卻公式 qht??()或 At? (.)其中，A ——換熱面積（是流體和壁面間相互接觸的，并且和熱量傳遞的方向相互垂直的面積），單位 2m——物質(zhì)的對流傳熱系數(shù)，單位h 2WK?——溫差，單位t?K——熱流密度，單位q2——傳熱量，單位?影響因素：流體流態(tài)和流速、溫差、流體熱物性（如黏度、導(dǎo)熱系數(shù)等） 、幾何因素等等?；疽?guī)律：傅里葉公式（僅限于無限大平壁） tq????()A? 2式中： ——導(dǎo)熱系數(shù)（物性參數(shù)） ，它的大小取決于物質(zhì)本身的熱力狀態(tài)，如溫?度、壓力等，單位 WmK?——兩端的溫度差，單位t?——板厚，就是傳導(dǎo)媒介長度，單位?——接觸面積，單位A2——熱流密度，單位q——熱量，影響因素：溫差、導(dǎo)熱系數(shù)、幾何因素，單位? W 熱對流與對流換熱流體中溫度不相同的各個部分的物質(zhì)在空間發(fā)生宏觀的相對運動所引起的熱量傳東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 4 章 滾筒干燥機內(nèi)單相流的數(shù)值模擬36遞現(xiàn)象稱為熱對流。 熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)是指各物體之間或一個物體各部分之間存在溫差而且沒有相對宏觀運動時所發(fā)生的熱量傳遞的現(xiàn)象。 傳熱學(xué)基礎(chǔ)熱分析的熱平衡方程是根據(jù)能量守恒的原理確定的，再用有限元法算出物體的內(nèi)部各節(jié)點的溫度，同時導(dǎo)出其他的熱物理參數(shù)，這樣可以進行熱對流、熱傳導(dǎo)、熱應(yīng)力、熱輻射相變及接觸熱阻等相關(guān)問題的分析求解。（4）定義流體模型入口、出口和壁面的邊界條件，即 3 對 INTERFACE 交界面、回轉(zhuǎn)筒壁面為 WALL，入風(fēng)口和入料口分別 VELOCITY_INLET，出風(fēng)口和出料口分別PRESSURE_OUTLET。（3）按照 Gambit 網(wǎng)格劃分方法對滾筒干燥機內(nèi)流體進行分塊劃分，即進料罩、出風(fēng)排料罩、回轉(zhuǎn)筒抄板周圍部分、回轉(zhuǎn)筒中間部分，而回轉(zhuǎn)筒抄板周圍再細化 31 塊，針對每一塊選擇 Gambit 提供的網(wǎng)格劃分方法進行劃分。 本章小結(jié)（1）本章對 Gambit 幾何建模能力、網(wǎng)格生成技術(shù)和邊界類型的設(shè)定分別進行相關(guān)的介紹和分析，為滾筒干燥機內(nèi)流體的前處理工作打下堅實的基礎(chǔ)。 焦 化 后 的 褐 煤 可 制 作 為 煤 磚 用 于 炊 事 和 加 熱 ； 它也 作 為 活 性 炭 的 來 源 ， 用 于 水 的 處 理 、 復(fù) 原 黃 金 和 提 取 碘 。褐 煤 主 要 用 于 發(fā) 電 廠 的 燃 料 ， 也 可 作 催 化 劑 載 體 、 化 工 原 料 、 凈 化 污 水 、 吸附 劑 和 回 收 金 屬 等 。其特點是水分高、比重小、揮發(fā)分高、不粘結(jié)、化學(xué)反應(yīng)性強、熱穩(wěn)定性差、發(fā)熱量低、含有不同數(shù)量的腐殖酸，在空氣中容易風(fēng)化，不易儲存和遠運[39]。褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的礦產(chǎn)煤。很顯然，物料的物理性質(zhì)（如大小、密度、形狀、熱物理特性等）決定了蒸發(fā)所需的熱量。其中進風(fēng)加料罩上分別定義入料口和入風(fēng)口 VELOCITY_INLET；排風(fēng)出料罩上分別定義出料口和出風(fēng)口為 PRESSURE_OUTLET；回轉(zhuǎn)筒抄板周圍與回轉(zhuǎn)筒中間部分的接觸面定義 INTERFACE；回轉(zhuǎn)筒中間部分的端面與進料罩接觸面為INTERFACE；回轉(zhuǎn)筒中間部分的另一端面與出風(fēng)排料室接觸面為 INTERFACE；回轉(zhuǎn)筒外壁定義為 WALL。確定邊界條件不僅僅要求數(shù)學(xué)上滿足適應(yīng)性，還要在物理上滿足真實性。對于靜止的固體壁面以及流動區(qū)域里面障礙物的周邊壁面，也要賦予合適的邊界條件。流動區(qū)域也可用開放的邊界來加以設(shè)定。使用 CFD 時若要模擬流體流動物理特性的真實性，則需要定義合適的邊界條件成為可以求解 CFD 問題的關(guān)鍵。 邊界條件定義設(shè)置適當(dāng)?shù)奈锢磉吔鐥l件同網(wǎng)格細化和適應(yīng)性求解一樣，控制著求解 CFD 問題的計算穩(wěn)定性及計算的收斂性。圖 流體模型的網(wǎng)格劃分Fig. Mesh of fluid model圖 滾筒內(nèi)部的網(wǎng)格劃分Fig. Internal mesh of drum dryer東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機內(nèi)流體有限元模型的建立32 圖 出料螺旋抄板網(wǎng)格劃分 圖 進料螺旋抄板網(wǎng)格劃分Fig. Mesh of solidout spiral plate Fig. of solidin spiral plate 圖 進風(fēng)加料罩的網(wǎng)格劃分 圖 排風(fēng)出料罩的網(wǎng)格劃分Fig. Mesh of solidimportcover Fig. Mesh of airout and solidexport cover圖 揚料抄板的網(wǎng)格劃分Fig. Mesh of throwsolidboard除滾筒內(nèi)部使用的是六面體單元結(jié)構(gòu)的 Cooper 劃分外，其他各部分主要采用四面東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機內(nèi)流體有限元模型的建立33體，個別位置有六面體、錐體或楔形體，采用 TGrid 混合網(wǎng)格 [37]。回轉(zhuǎn)筒中間部分與回轉(zhuǎn)筒抄板周圍采用非連接分割，回轉(zhuǎn)筒中間部分與進風(fēng)加料罩接觸部分、回轉(zhuǎn)筒中間部分與出風(fēng)排料室接觸部分也分別采用非連接分割，其他部分都采用連接面分割，并針對每個部分進行相應(yīng)的網(wǎng)格劃分。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機內(nèi)流體有限元模型的建立31基于上述思想，將流體模型分為整個回轉(zhuǎn)筒、進風(fēng)加料罩、排風(fēng)出料罩三部分，而整個回轉(zhuǎn)筒又可以細化成回轉(zhuǎn)筒中間部分和回轉(zhuǎn)筒抄板周圍部分。這種方法為每一子塊選擇最佳網(wǎng)格分布提供了可能。相鄰塊之間每個網(wǎng)格單元的連接可以是規(guī)則的（交界面匹配）也可以是任意的（交界面不匹配） 。多塊網(wǎng)格或塊結(jié)構(gòu)化是特殊的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。網(wǎng)格類型包括：三棱柱網(wǎng)格（Prism Meshing） 、四面體網(wǎng)格（ Tetra Meshing） 、六面體網(wǎng)格（Hexa Meshing） 、O 形網(wǎng)格（Ogrid Meshing） 、棱柱形網(wǎng)格（Pyramid Meshing） 、自動六面體網(wǎng)格（Auto Hexagon）等。簡化后流體三維模型的建立如圖 所示：東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機內(nèi)流體有限元模型的建立30圖 滾筒干燥機內(nèi)流體的三維模型圖Fig. Three dimensional structure of fluid in the drum dryer 網(wǎng)格的劃分計算流體力學(xué)的本質(zhì)就是對控制方程在所規(guī)定的區(qū)域上進行點離散（如有限差分法）或區(qū)域離散（如有限元法與有限體積法） ，從而轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟骶W(wǎng)格點或子區(qū)域上定義的代數(shù)方程組，然后用線性代數(shù)的方法迭代求解 [27]。出料螺旋抄板尺寸：500mm100mm12mm(該螺旋板的形狀同進料螺旋板，只是扇形圓環(huán)對應(yīng)的圓心角為 10 度)出料螺旋抄板分布在靠近出風(fēng)排料罩的回轉(zhuǎn)筒內(nèi)一端，周向均勻分布 16 個，在滾筒上排列方向與軸線成 30 度角。 流體計算模型相關(guān)參數(shù)按照上面的簡化方案先對 16m 回轉(zhuǎn)筒干燥機進行簡化處理，然后依據(jù)下面的相關(guān)參數(shù)建立簡化后的流體計算模型。入風(fēng)口伸出進料罩外的長度過小，不僅讓計算域內(nèi)的流體流動不充分發(fā)展，使得回轉(zhuǎn)筒內(nèi)氣體的平均速度偏離真實值，還會在網(wǎng)格處理的問題上造成困難，對后處理中的模擬造成困難。本課題主要從以下幾個方面入手：由于揚料抄板太薄，會影響網(wǎng)格劃分的數(shù)量和質(zhì)量，而抄板數(shù)量繁多進一步影響收斂的速度。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機內(nèi)流體有限元模型的建立28 計算模型的建立 滾筒干燥機結(jié)構(gòu)簡化單通道滾筒干燥機回轉(zhuǎn)筒的三維建模如下：圖 滾筒干燥機模型Fig. Model of drum dryer16m 回轉(zhuǎn)筒干燥機的體積龐大，內(nèi)部抄板數(shù)量繁多，特別是回轉(zhuǎn)筒內(nèi)結(jié)構(gòu)的最大尺寸和最小尺寸相差很大，這對流體三維模型的建立和網(wǎng)格劃分工作在一定程度上帶來很大的困難。對稱（SYMMETRY）：對稱邊界條件用于所計算的物理外形以及所期望的流動/熱解具有鏡像對稱的特征的情況。壓力出口（PRESSURE_OUTLET）：壓力出口邊界條件用于定義流動出口的靜壓（在回流中還包括其他的標(biāo)量） 。壓力遠場邊界條件只適用于可壓縮流動。通風(fēng)口（OUTLETVENT）：通風(fēng)口邊界條件用于模擬通風(fēng)口，它具有指定的損失系數(shù)以及周圍環(huán)境（排放處）的靜壓和靜溫。質(zhì)量出口邊界條件假定了除壓力之外的多種流動變量正法向梯度為零。在不可壓流中不必指定入口的質(zhì)量流，因為當(dāng)密度是常數(shù)時，速度入口邊界條件就確定了質(zhì)量流條件。進風(fēng)扇（INTAKE_FAN）：進氣扇邊界條件用于模擬外部進氣扇，需要給定壓降，流動方向以及周圍（進口）總壓和總溫。排氣扇（EXHAUST_FAN）：排氣扇邊界條件用于模擬外部排氣扇，它具有指定的壓力跳躍以及周圍環(huán)境（排放處）的靜壓。軸（AXIS）：軸邊界類型必須在對稱幾何外形的中線處使用。在粘性流動中，壁面處默認為非滑移邊界條件，也可以指定切向速度分量，或者通過指定剪切來模擬滑移壁面，從而分東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機內(nèi)流體有限元模型的建立27析流體和壁面之間的剪應(yīng)力。 邊界類型的設(shè)定首先 Gambit 需要設(shè)定所使用的求解器名稱（具體包括FLUENT5/ANSYS、FIDAP、RAMPANT 等） ；然后指定網(wǎng)格模型中需要用到的邊界類型。 區(qū)域模型的設(shè)定 連續(xù)介質(zhì)類型的設(shè)定CFD 需要給多區(qū)域的網(wǎng)格模型指定區(qū)域類型，在其求解器里提供 fluid 和 solid 兩種區(qū)域類型。另外，Gambit能自動將四面體、六面體、三角柱和金字塔形網(wǎng)格自動混合起來，對處理復(fù)雜幾何外形尤為重要。針對極其復(fù)雜的幾何外形，Gambit 能夠生成六面體、三維四面體的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。此外，Gambit 還能實現(xiàn)與 CAD 的銜接，不僅能處理復(fù)雜的幾何模型，還能生成同多個 CFD 軟件無縫轉(zhuǎn)接成的高質(zhì)量網(wǎng)格。但是，求解精度會受到計算周期和計算成本的嚴重制約。計算域內(nèi)網(wǎng)格單元的數(shù)目決定了 CFD 解的精度 [27]。CFD東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機內(nèi)流體有限元模型的建立26需要將計算域劃分為大量的更小的、無重疊的子區(qū)域，用這些子區(qū)域來求解已經(jīng)創(chuàng)建的幾何區(qū)域內(nèi)的流動現(xiàn)象，即在計算幾何區(qū)域內(nèi)生成單元網(wǎng)格，并覆蓋整個計算區(qū)域。另外，Gambit 支持幾何之間的布爾運算，通過布爾運算可以非常方便地利用簡單的幾何體，通過搭積木的方法形成復(fù)雜的幾何體。 幾何建模能力在所有的 CFD 分析中，第一步都要對流動區(qū)域（即 CFD 計算域）的幾何形狀進行定義、構(gòu)建以及相應(yīng)的簡化，考慮它是內(nèi)流問題還是外流問題。Gambit 同時具備功能非常強大的幾何修復(fù)能力，當(dāng)從接口中導(dǎo)入模型時自動地合并重合的點、線、面；Gambit 在保證原始幾何精度的基礎(chǔ)上，通過虛擬幾何自動地縫合小縫隙。 前處理器 Gambit 概述由 FLUENT Inc 公司自主研發(fā)的專用 CFD 前處理器 ——Gambit 可以模擬對象的幾何建模和網(wǎng)格生成。其中，第一種方法對于模型的建立會容易一些，但是導(dǎo)入到 Gambit 中會出現(xiàn)點、面、體的數(shù)據(jù)丟失；相反第二種方法可以避免上述情況的發(fā)生，只是在建立復(fù)雜曲線曲面等圖形時，Gambit 的建模功能遠不及專門三維軟件的造型能力。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 滾筒干燥機內(nèi)流體有限元模型的建立25第 3 章 滾筒干燥機內(nèi)流體有限元模型的建立單通道滾筒干燥機采用對流傳熱連續(xù)干燥方式工作，其內(nèi)部均布揚料抄板，回轉(zhuǎn)筒左右兩側(cè)分別接進風(fēng)加料室和出風(fēng)排料室。在實際工程中，許多程序采用了這種經(jīng)驗?zāi)Ｐ?[34]。由上面推導(dǎo)可見，界面效應(yīng)都沒有在均相模型和混合后的分相模型中反映出來。在整個過程中，如果保持密度 不變?（x 等溫流動或不變） ，則將公式 乘以 可得()?3322(1)singldpFGxgz???????????????()式 類似于式 、 、 ，因此，流道的壓降也可以據(jù)此來求得。對于分相模型的能量方程，做如下推導(dǎo)：因為不考慮界面效應(yīng)，而只考慮每一相的作用，所以由熱力學(xué)第一定律可知 2()sinqWdhugdz????()其中，h——混合物比焓；W——對外做的功；q——外界對體系的傳熱：，這里 e——比熱力學(xué)能，F(xiàn)——體系耗散功。0 i氣液兩相相加得 0 1[(1)]cos()gl lgdpduzAAz????????()對于等截面流道， ， ，可得lllMu?gg??220cs[(1)]gtpllCdzdz??(.5)式中， ，而 ，