回转窑内物料传输模型的研究

回转窑内物料平均停留时间（MRT）直接决定物料化学反应程度,它是回转窑设计的重要依据之一。在回转窑实验台上对5种不同的固体废弃物料和窑内风速、回转窑转速和回转窑倾角及物性参数改变的情况下进行了实验,获得了不同工况下物料MRT的变化规律：随着回转窑转速的提高、倾角增大和窑内风速增加,MRT减小;物料的物性参数中,休止角对MRT影响较大,休止角大的MRT小,而密度的变化影响相对较小。MRT对于以上各影响因素的敏感性差别也较大：回转窑转速对MRT影响是比较敏感的,特别是转速较小时;转窑倾角对MRT的敏感性则比较均匀;窑内风速在小回转窑转速、低窑内风速时对MRT的影响较为敏感。针对回转窑内物料传输影响因数众多、非线性机理强烈的特性,建立风速条件下物料传输模型（MMCAV）,并在回转窑转速倾角和一定风速条件下对模型进行了验证。在次高倾角（α=4.56°）时,MRT随窑内风速变化的情况,其中最大相对误差为7.1％。在低窑转速和高风速情况,总的平均相对误差为2.81％。用稻壳作为输运物料,把实验数据与Perry等模型对比发现：Perry模型在c=0m/s时,Saeman模型在c=0.41m/s附近时与实验值差异较小。风速的影响范围与回转窑倾角有较大关系,倾角α=3.04°时,风速c>0.41m/s必须考虑风速对物料输运的影响;而倾角α=4.56°时,c>0.25m/s就应考虑风速的影响。     

风速条件下回转窑内物料传输的实验研究

回转窑内的物料平均停留时间(MRT)直接决定物料化学反应程度.文中采用回转窑实验台,在不同的固体废弃物料和窑内风速、回转窑转速、回转窑倾角及物性参数下进行实验,获得了物料MRT的变化规律:随着回转窑转速的提高、倾角的增大和窑内风速的增加,MRT减小;物料的物性参数中,休止角对MRT影响较大,休止角大的MRT小,而密度的影响相对较小;随风速增加,刚开始时MRT下降较快,而后风速的影响减弱,最后趋于稳定.文中还建立了风速条件下的物料传输模型,并在一定风速条件下对模型进行了验证,发现与实验数据相比其平均相对误差为7.69%.     

水泥回转窑物料流动与传热特性数值模拟

针对回转窑煤粉燃烧过程中物料运动和传热特性难以仿真分析的问题,将回转窑看作是由高温烟气流域和物料流域组成且相互耦合的计算域。在壁面传热的基础上,利用热传导方程描述不同区域物料经窑壁向外散热的热流密度,并提出一种带传热补偿的物料和高温烟气的换热模型。采用此模型数值模拟回转窑内的煤粉燃烧、物料流动和烧结等,研究不同工况下物料流动和温度分布情况。研究结果表明:所建模型可以较准确地反映物料在回转窑内的传热和运动情况;回转窑转速的升高会增大物料沿轴向运动的加速度;增加回转窑内物料流量会降低物料温度,并加剧物料表层和内部的温度差;物料填充率的增加会扩大外回流区的范围,升高冷却带的温度;当物料填充率达到12%时会引发康达效应,使回转窑火焰在靠近物料区域向物料方向发生偏移。     

固体废弃物在回转窑内停留时间的试验研究

本文介绍了回转窑冷态试验装置及试验方法。说明了固体废弃物在回转窑内停留时间的分布。以供参考。     

回转窑预热段温度优化及数值模拟

为改善回转窑内部温度分布不均的问题,建立了一个基于FLUENT的回转窑预热段三维数值模型,通过正交试验对回转窑主要操作参数进行优化,给出了正常运行工况下回转窑预热段的最佳参数组合方案。结果表明：回转窑进气口高温气体流速3 m/s,回转窑转速0.2 r/min,回转窑抬起角度2°时,仿真模拟结果为窑内最低温度1 092.206 K,与窑内最高温度的温差为30.794 K,与初始方案相比,窑内最低温度提升了3.35%,温差降低了53.54%,改善了回转窑内温度分布不均的问题。     

回转窑截面物料运动及力链结构的数值试验

采用离散单元法从颗粒尺度建立回转窑内物料的运动模型,以球形沙粒为例,通过数值计算,研究回转窑截面上物料的运动模式和力链结构。以Froude数、物料填充角、窑壁摩擦因数为变量,模拟物料的滑移、塌落、滚落、泻落、抛落和离心6种运动模式,模拟结果与实验观测结果相符。研究结果表明:回转窑内物料力链由表层弱力链区域(约占料层厚度10%)和底层强力链区域组成;滑移、塌落、滚落和泻落4种模式中,底层强力链结构稳定,颗粒之间相对静止,表层弱力链断裂和重组频繁,具体运动模式由窑转速和表层力链断裂重组的速度决定;实际转速中,泻落模式的物料颗粒碰撞最强烈。     

炭素回转窑内物料停留时间的确定

在前人建立的等径回转窑内物料料层轴向厚度变化公式基础上,推导出了适合于窑尾扩径和内衬增设翻料装置的变径窑内物料层厚度的计算式;同时利用上述两种窑内料层厚度计算式进一步求出了两种窑内物料停留时间的计算式,计算式中综合考虑了窑内径、窑长、窑头挡料圈高度、窑倾角、窑转速、物料体积流率、物料安息角、物料颗粒粒径等多种因素;为了验证计算公式的正确性,建立了实验装置,进行了冷态实验测试.结果表明,公式计算值与实验测试值比较吻合,误差较小,并且计算中不需要引入修正系数.     

多段转弯连接回转通道的换热和压力分布研究

为了掌握涡轮叶片内的多段通道连接关系对回转通道壁面换热和沿程压力分布的影响,采用数值模拟方法研究了带肋单通道、回转通道模型的流动特性,通过瞬态液晶实验测量了回转通道壁面换热分布,揭示了多段通道连接关系对回转通道壁面换热的影响机理。实验结果表明:转弯连接使各段通道的速度分布不均;回转通道沿程压力系数逐渐减小;转弯连接使回转通道各段通道的换热分布不对称,沿流向的努赛尔数Nu逐渐减小;沿程展向平均Nu呈多波峰状分布,肋的扰流作用沿流向逐渐减弱,且两肋之间的高换热区沿流向逐渐向肋下游的背风面偏移;肋间区域的平均Nu沿流向逐渐减小;回转通道各段平均Nu随雷诺数的增加而增大,且增加幅度逐渐减小。     

回转窑内二元颗粒物料的径向混合

研究了颗粒尺寸差异和密度差异对二元物料在回转窑内混合的影响. 采用离散单元法建立颗粒物料的运动模型,模拟滚落运动模式下二元物料在回转窑内的径向混合过程;通过颗粒接触数定义混合程度评价指数,结合Hong的渗流与凝聚竞争理论分析颗粒体积比σ和密度比η对二元物料混合程度的影响. 结果表明:增大体积比σ会增强渗流作用,增大密度比η会增强凝聚作用,无论渗流或凝聚占据主导作用,均会导致物料在混合过程中产生径向分离,使混合程度降低;对σ与η进行配置后,可以使渗流与凝聚两种机理彼此平衡,达到物料混合均匀的目的;物料的渗流-凝聚平衡曲线中,σ与η呈幂函数关系.     

肋板倾角和形状对尾缘开缝区域非定常冷却性能的影响

针对燃气透平叶片带肋板的尾缘开缝模型，采用延迟分离涡模拟非定常数值求解方法，研究了3种肋板倾角(10°, 12.5°, 15°)、4种肋板形状(直肋板，直-直型扩张肋，直-直型收缩肋，直-拱型收缩肋)条件下尾缘开缝区域的流动性能与冷却效果，分析了肋板几何参数对尾缘开缝区域流场结构和气膜冷却性能的影响。计算结果表明：对于带肋板的尾缘开缝结构，开缝壁面的展向平均冷却效率在肋板末端会因为冷气难以向肋板正后方扩散而出现突降，且突降幅度随着肋板倾角的增大而增大；增大肋板倾角会降低开缝壁面的整体冷却性能，当肋板倾角从10°增大至15°时，开缝壁面展向平均冷却效率的最低值从0.66降至0.6,下降了约9.1%;在4种肋板形状下，直-直型扩张肋在肋板间的开缝壁面上拥有最佳的冷却性能，在肋板下游的开缝壁面上表现最差，直-拱型收缩肋在这两段区域内的表现正好与之相反；直-拱型收缩肋条件下开缝壁面上展向平均冷却效率的最低值为0.675,相比直-直型扩张肋提升了约15%。     

炭素回转窑产量影响因素的实验研究

建立了回转窑实验装置,通过冷态实验研究了回转窑转速、斜度、内径、窑尾挡料圈高度等操作参数和结构参数对物料停留时间及回转窑产量的影响.结果表明,当转速小于4 r/min时,物料停留时间缩短程度显著,高于4 r/min时,缩短趋势平缓;随着窑斜度和窑尾挡料圈高度的增加,物料停留时间同样缩短;窑产量随着转速、斜度和窑尾挡料圈高度的增加而增大;当转速小于3 r/min时,窑产量增幅明显,高于3 r/min时,窑产量的增加程度降低;随着窑尾挡料圈高度的增加,窑产量增加显著;同时加料管的安装位置对回转窑的产量也有较大的影响.     

基于特定材料的冲击弹性波传播规律探析

为了更好地研究冲击弹性波在平台上的传播规律,选用特定的各向同性材料和各向异性材料搭建实验平台,探究冲击弹性波在平台上的传播规律。以环氧玻璃布层压板为各向异性材料,以有机玻璃厚板为各向同性材料,利用黏附在该特定材料上的PVDF传感器群,采集并分析不同厚板和层叠板在冲击条件下弹性波的传播规律。实验结果表明,在各向异性材料上,沿纤维排列方向的横波传播速度最快,纵波的传播速度最慢;各向异性材料层叠板的纵波传播速度远慢于该材料的层压厚板的纵波传播速度;沿特定角度设置的测试通道远离材料中心区域横波的传播速度较大。基于实验结果提出有利于隔冲材料上弹性波传递和扩散的材料组合方式,即设计隔冲复合材料时加入规则排布的高声波速率的纤维材料,将隔冲材料整体设计为分层结构并且在材料边缘设置一定数量的90°锯齿形结构。     

转子流道倾斜式的外驱旋转压能交换器性能研究

为提高外驱式旋转压能交换器性能，设计了转子流道倾斜式的外驱式旋转压能交换器，以能量回收效率和体积混合率为性能指标，利用商业CFD软件Fluent对模型求解计算，并与直流道外驱式旋转压能交换器模拟数据对比分析。结果表明，处理量相等的情况下，能量回收效率和体积混合率均随转子转速的升高而降低；同一转速下，转子倾斜角度改变，能量回收效率变化不超过0.04%，而对体积混合率有明显影响。研究结果对于提高外驱式旋转压能交换器设备性能具有一定指导意义。     

转子流道倾斜式的外驱旋转压能交换器性能研究

为提高外驱式旋转压能交换器性能,设计了转子流道倾斜式的外驱式旋转压能交换器,以能量回收效率和体积混合率为性能指标,利用商业CFD软件Fluent对模型求解计算,并与直流道外驱式旋转压能交换器模拟数据对比分析。结果表明,处理量相等的情况下,能量回收效率和体积混合率均随转子转速的升高而降低;同一转速下,转子倾斜角度改变,能量回收效率变化不超过0.04%,而对体积混合率有明显影响。研究结果对于提高外驱式旋转压能交换器设备性能具有一定指导意义。     

数值模拟分解炉气流紊动特性及对颗粒运动的影响

为了系统分析分解炉内窑尾烟气与三次风的掺混流态及影响煤粉、料粉颗粒运动的规律,利用紊流模型与粒子追踪模型的数值模拟方法,研究了分解炉气流紊流强度、涡量及螺旋度的沿程分布规律及颗粒的运动规律,研究表明:①窑尾烟气与三次风的耦合作用,导致掺混区的气流流态表现出强紊动特性;②紊动区内颗粒发生强烈地脉动现象;③窑尾烟气与三次风的掺混作用、边壁条件的变化均能激发颗粒的绕轴旋转特性;④煤粉与料粉颗粒在分解炉内进行"螺旋式"上升或下降运动。     

The Influence of the Supporting Wheel Deflection of Large-scale Rotary Kiln on Maximum Contact Stress

1Introduction The kiln is important equipment in theproduction of metallurgy,cement and material offire-fast.Whetherthe operatingconditionof rotarykilnsis normal will influencethe economic benefitand efficiency of the above plants.The kiln isgeneral very weight to about a thousand tons,which has4~9groups of shelf support.So thekilnis a statically indeterminate systemwith overload,large torque and multi-support.The sketchmap of supporting systemis depicted in Fig.1.The kilnshell is set inthe …     

大型回转窑托轮歪斜与最大接触应力的关系建模

从赫兹接触理论出发,推导了回转窑托轮歪斜时,滚圈和托轮最大接触应力比与托轮歪斜角度的关系;通过实例分析,给出回转窑托轮歪斜范围内最大接触应力比的列表;得出了回转窑托轮小角度歪斜,最大接触应力显著增加,便可能造成安全事故的结论.为回转窑的设计、运行状态分析、调整提供依据.图4,表1,参10.     

水泥旋窑熟料结块的粒度分布统计算法

针对水泥旋窑熟料结块的模拟图像，提出了粒度的统计算法。该算法的计算量少、速度快、准确度高、实用性强，较好地满足了图像实时处理的要求。用该算法所获得的粒度分布参量，为水泥旋窑自动控制打下了基础。