第十五講基于UD+CFD耦合優(yōu)化的復(fù)混肥造粒塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

徐靜安 吳文華 陳明良

技術(shù)講壇

第十五講基于UD+CFD耦合優(yōu)化的復(fù)混肥造粒塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

徐靜安 吳文華 陳明良

0 引言

熔體高塔造粒過(guò)程主要是以熔融尿素為載體，與配比好的其他物料在熱熔狀態(tài)下攪拌混合，形成具有一定流動(dòng)性的低溫共熔料漿，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)差動(dòng)噴頭將料漿以液流的形式噴出。液流在塔內(nèi)自然下落過(guò)程中依靠表面張力成型，并與上升的空氣熱交換，冷卻凝固成球形顆粒。復(fù)混肥在造粒塔內(nèi)的冷卻效果直接影響整個(gè)造粒過(guò)程，塔底復(fù)混肥黏壁、顆粒不圓整等均與塔內(nèi)復(fù)混肥冷卻效果欠佳有關(guān)。而影響塔內(nèi)復(fù)混肥冷卻過(guò)程的因素主要有進(jìn)風(fēng)口氣溫、復(fù)混肥顆粒粒徑、進(jìn)出風(fēng)口結(jié)構(gòu)、塔高等。造粒塔的結(jié)構(gòu)不僅影響著復(fù)混肥冷卻過(guò)程，也與造粒塔的造價(jià)成本息息相關(guān)。因此，在造粒塔設(shè)計(jì)階段，有必要對(duì)造粒塔結(jié)構(gòu)（如進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)等）進(jìn)行研究分析，嘗試找到合適的造粒塔結(jié)構(gòu)。

迄今為止，國(guó)內(nèi)已建成上百套造粒塔，但關(guān)于造粒塔結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)混肥冷卻過(guò)程影響的研究甚少，尤其是對(duì)造粒塔透風(fēng)窗結(jié)構(gòu)方面的研究。國(guó)內(nèi)不少學(xué)者對(duì)造粒塔內(nèi)顆粒冷卻過(guò)程進(jìn)行理論分析，將造粒塔內(nèi)的空氣流動(dòng)簡(jiǎn)化成活塞流，在計(jì)算塔內(nèi)風(fēng)量時(shí)往往忽視了造粒塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)對(duì)塔內(nèi)風(fēng)量的影響，這勢(shì)必將降低計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度。上海化工研究院長(zhǎng)年致力于復(fù)混肥高塔造粒工藝研究工作，近年來(lái)采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）軟件與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法建立了一套數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型根據(jù)造粒塔的實(shí)際幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，模型計(jì)算預(yù)測(cè)出的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差在可接受范圍內(nèi)。鑒于造粒塔設(shè)備龐大，塔高90～120 m，通過(guò)實(shí)驗(yàn)及實(shí)測(cè)來(lái)掌握其性能工作量很大，本文在己建立的流體力學(xué)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，通過(guò)耦合優(yōu)化方法改變幾何模型，初步探索研究造粒塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)混肥熔融造粒塔內(nèi)風(fēng)量的影響，以期為造粒塔幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

耦合優(yōu)化的邏輯框圖見(jiàn)本刊2017年第五期出版的第十三講“對(duì)基于‘試驗(yàn)設(shè)計(jì)+模擬計(jì)算’耦合優(yōu)化研究、設(shè)計(jì)方法的推廣”。

1 初始模型計(jì)算方法

1.1 造粒塔初始結(jié)構(gòu)

造粒塔內(nèi)區(qū)域如圖1所示。造粒塔由混凝土筒體、進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、旋轉(zhuǎn)差動(dòng)噴頭和錐形接料斗等組成。造粒塔初始結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

圖1 造粒塔結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 網(wǎng)格劃分

造粒塔的模擬區(qū)域比較大，采用分區(qū)結(jié)構(gòu)畫(huà)網(wǎng)格。將噴頭以上區(qū)域定義為氣流區(qū)，該區(qū)域網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格(Tet/Hyblrid)。將噴頭以下區(qū)域定義為顆粒區(qū)，該區(qū)域網(wǎng)格為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格（Hex/Wedge）。另外，根據(jù)網(wǎng)格尺寸及數(shù)量對(duì)造粒塔進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果和計(jì)算時(shí)間選擇恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)格劃分方法。本文根據(jù)造粒塔尺寸共進(jìn)行了三種水平的網(wǎng)格劃分，并對(duì)不同網(wǎng)格水平的的造粒塔模型分別進(jìn)行模擬計(jì)算。鑒于網(wǎng)格數(shù)較大,常規(guī)計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任，本次模擬計(jì)算工作均在上海化工研究院IBM高性能計(jì)算機(jī)平臺(tái)上完成。具體網(wǎng)格數(shù)、模擬計(jì)算時(shí)間及模擬結(jié)果見(jiàn)表2。模擬結(jié)果表明，Level 2的網(wǎng)格數(shù)（即7543158）具有一定的合理性，在此基礎(chǔ)上增大網(wǎng)格數(shù)，模擬誤差減小不明顯，而計(jì)算時(shí)間增長(zhǎng)，且殘差值增大甚至可能無(wú)法收斂。考慮時(shí)間消耗，對(duì)造粒塔結(jié)構(gòu)探索工作中選擇網(wǎng)格密度水平為L(zhǎng)evel 2。

表1 造粒塔初始結(jié)構(gòu)參數(shù)

表2 網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)結(jié)果

1.3 顆粒追蹤方式

本文數(shù)值模擬計(jì)算中，連續(xù)相均采用穩(wěn)態(tài)的計(jì)算方式，顆粒追蹤方式分別采用穩(wěn)態(tài)追蹤和非穩(wěn)態(tài)追蹤。顆粒穩(wěn)態(tài)追蹤時(shí)，“Number of Continuous PhaseIterations Per DPM Iteration”設(shè)置為20，即分散相每迭代一步連續(xù)相迭代20步。

顆粒非穩(wěn)態(tài)追蹤時(shí)，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.1 s，時(shí)間步數(shù)為1，即每隔0.1 s顆粒噴射一次，每0.1 s對(duì)每個(gè)顆粒進(jìn)行一輪包含一步的軌跡計(jì)算，每一輪顆粒軌跡計(jì)算中連續(xù)相迭代20步。

顆粒非穩(wěn)態(tài)追蹤與顆粒穩(wěn)態(tài)追蹤的模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表3所示。

表3 顆粒非穩(wěn)態(tài)追蹤模擬結(jié)果對(duì)比

顆粒非穩(wěn)態(tài)追蹤與穩(wěn)態(tài)追蹤的數(shù)值模擬結(jié)果非常接近，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差均在5%以內(nèi)，其中顆粒非穩(wěn)態(tài)追蹤的模擬結(jié)果誤差相對(duì)較小。理論上，顆粒穩(wěn)態(tài)追蹤僅適合于顆粒稀少且顆粒對(duì)連續(xù)相影響較小的氣粒多相流的數(shù)值模擬，而顆粒非穩(wěn)態(tài)追蹤在模擬計(jì)算顆粒較密集、顆粒對(duì)連續(xù)相有一定影響的氣粒多相流領(lǐng)域更勝一籌。由于造粒高塔體積龐大,顆粒下降速度快、在塔內(nèi)停留時(shí)間短，塔內(nèi)氣粒多相流中顆粒所占體積分?jǐn)?shù)較小，顆粒穩(wěn)態(tài)追蹤方式也適合于用來(lái)模擬計(jì)算塔內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，最終體現(xiàn)在顆粒非穩(wěn)態(tài)追蹤與穩(wěn)態(tài)追蹤兩種方式模擬計(jì)算塔內(nèi)氣粒多相流的模擬結(jié)果非常接近。考慮到非穩(wěn)態(tài)計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)且對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求高，本文在對(duì)造粒塔結(jié)構(gòu)的模擬探索計(jì)算中均采用顆粒穩(wěn)態(tài)追蹤的方式。

1.4 物性參數(shù)及邊界條件

1.4.1 氣相定解條件

對(duì)于氣體入口與出口邊界條件，只需給定入口壓強(qiáng)p、溫度T、湍流強(qiáng)度I以及水力直徑Di。以其中一個(gè)模擬計(jì)算為例，氣相進(jìn)口條件及參數(shù)值為：p= 101 325 Pa，速度方向?yàn)榇怪庇谶M(jìn)風(fēng)口截面，T=296.9 K，I=0.04，Di=3.4 m。氣相出口條件與參數(shù)值為：p=101 325 Pa，速度方向?yàn)榇怪庇诔鲲L(fēng)口截面，氣流溫度T=296.9 K，I=0.05，Di=6.8 m。

1.4.2 顆粒定解條件

顆粒邊界條件主要包括顆粒進(jìn)口條件和顆粒與壁面碰撞條件。

（1）顆粒進(jìn)口條件

顆粒進(jìn)口流量為10.56 kg/s，溫度為386.85 K (113.7℃)，假設(shè)固體顆粒除了比熱容外其他各種性質(zhì)與料漿相同，進(jìn)口物料熔液物性參數(shù)見(jiàn)表4。

顆粒從錐臺(tái)射出，速度大小為3.31 m/s，切向分量百分?jǐn)?shù)0.999 989 1。錐臺(tái)注射的顆粒粒徑分布參考塔底顆粒粒徑分布（如表5所示）。

表4 復(fù)混肥物性參數(shù)

表5 塔底顆粒粒徑分布

模擬計(jì)算過(guò)程中將顆粒粒徑分布近似成R-R分布，遵從R-R分布的顆粒群中，顆粒直徑d與尺寸小于d的顆粒所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Rd有如下關(guān)系：

式中，d為特征尺寸，其含義為直徑小于d的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)Rd=1-e-1=0.632 1；n為尺寸分布指數(shù)，該參數(shù)值越大，顆粒尺寸分布越均勻。數(shù)值模擬過(guò)程中，顆粒群的特征尺寸d為2.48 mm，分布指數(shù)n為3.5。

復(fù)混肥顆粒在塔內(nèi)的降落過(guò)程還伴隨著凝固放熱過(guò)程。顆粒從外往里開(kāi)始凝固，因此存在開(kāi)始凝固溫度Tf和完全凝固時(shí)的平均溫度Ts。近似地認(rèn)為顆粒溫度高于Tf時(shí)為液態(tài)，溫度低于Ts時(shí)為固態(tài)，凝固潛熱采用修改比熱容的方式加入。具體修改方式如下：

式中，C1為液態(tài)料漿熱容，CS為固態(tài)顆粒熱容，L為凝固潛熱。

復(fù)混肥配方為20-5-20（硫基），該種復(fù)混肥的開(kāi)始凝固溫度Tf=86.1℃，完全凝固時(shí)的平均溫度Ts=83.7℃，凝固潛熱L=87.34 kJ/kg。

（2）顆粒出口條件

簡(jiǎn)化模型中將顆粒出口面設(shè)置為“壁面”，顆粒與出口面的碰撞條件取“逃逸”，也就是顆粒到達(dá)出口面時(shí)計(jì)算終止。

（3）顆粒碰撞條件

液滴進(jìn)入造粒塔內(nèi)，與空氣逆流接觸實(shí)現(xiàn)熱量交換，由于現(xiàn)有工藝條件下料漿液滴較少黏壁，固體肥料碰壁后假設(shè)成彈性碰撞，因此顆粒與壁面的碰撞條件取“彈性碰撞”。

1.5 計(jì)算原理

采用分散相模型進(jìn)行計(jì)算，控制方程包括連續(xù)相方程、分散相方程和氣粒兩相間熱量傳遞方程。連續(xù)相求解過(guò)程為穩(wěn)態(tài)迭代計(jì)算，顆粒追蹤方式采用穩(wěn)態(tài)追蹤。所謂穩(wěn)態(tài)方式是指每隔若干個(gè)連續(xù)相流場(chǎng)迭代步，在當(dāng)前流場(chǎng)狀態(tài)下，逐個(gè)對(duì)每個(gè)顆粒進(jìn)行從起始位置直到其終了的軌跡積分計(jì)算及源項(xiàng)計(jì)算。穩(wěn)態(tài)方式得到某一時(shí)刻連續(xù)相流場(chǎng)條件下，在一系列積分時(shí)間步的顆粒狀態(tài)，一系列顆粒位置可連成運(yùn)動(dòng)軌跡線。

熱壓自然通風(fēng)主要是依靠浮升力作用的一種通風(fēng)方式，自然通風(fēng)的數(shù)值模擬研究方法一般為擴(kuò)大計(jì)算域，在建筑的外圍建立一較大的模型形成無(wú)限遠(yuǎn)邊界，在外圍入口處設(shè)置為速度入口邊界條件來(lái)考慮側(cè)風(fēng)對(duì)其的影響。不考慮側(cè)風(fēng)的影響時(shí)，可以將速度邊界的速度值設(shè)得很小，或者改為壓力邊界條件，或者直接將建筑的進(jìn)出口處均設(shè)為壓力入口邊界條件。綜合考慮后，決定將造粒塔進(jìn)出口邊界條件均設(shè)為壓力邊界條件，內(nèi)部空氣密度也采用波希涅斯克(Boussinesq)假設(shè)。

離散方式采用有限差分法，連續(xù)相方程采用SIMPLE算法迭代求解，分散相建立在連續(xù)相初始求解值上，并與連續(xù)相進(jìn)行耦合求解。

2 造粒塔初始條件模擬結(jié)果分析

本文針對(duì)兩座工程塔的三次不同工藝參數(shù)下的造粒過(guò)程分別進(jìn)行模擬計(jì)算，具體模擬結(jié)果及工程標(biāo)定誤差如表6所示。其中“模擬1”與“模擬2”針對(duì)的造粒塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)：n=9，s=74.46 m2、θ=139.81°；“模擬3”針對(duì)的造粒塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)：n=14，s=90.72 m2，θ=160.51°。表6顯示，模擬結(jié)果與工程化高塔實(shí)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差均在10%以內(nèi)，說(shuō)明建立的數(shù)值模型可靠，得出的數(shù)值模擬結(jié)果具有一定的可信度。

表6 數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比

具體針對(duì)“模擬1”文件進(jìn)行造粒塔內(nèi)氣速氣溫云圖分析，如圖2所示。并對(duì)造粒塔內(nèi)顆粒分布、運(yùn)動(dòng)降溫規(guī)律等進(jìn)行分析，如圖5與圖6所示。造粒塔外面的冷空氣在壓差的作用下，從9個(gè)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入造粒塔，9個(gè)不同氣速的氣流在塔中心匯流形成渦流。從圖2中可以明顯看出塔中心的渦流，使得粒子發(fā)生錯(cuò)流，軌跡發(fā)生變化，部分粒子可能從氣速小的窗口逃逸，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中也發(fā)現(xiàn)通風(fēng)窗口落有不少粒子。氣體匯流后沿著塔軸向上升，上升過(guò)程中與下降的復(fù)混肥顆粒進(jìn)行熱量交換與動(dòng)量交換。

圖2 塔進(jìn)風(fēng)口處橫截面上氣速矢量圖

圖3和圖4顯示的是造粒塔內(nèi)xz截面溫度云圖、速度云圖、溫度等值線和速度等值線。從圖3中可以看出溫度等值曲線呈現(xiàn)規(guī)則的W形，出現(xiàn)兩處低谷一處高峰。這與造粒塔顆粒分布規(guī)律有關(guān)，如圖5所示，顆粒主要集中在塔半徑4～7 m區(qū)域內(nèi)，顆粒分布規(guī)律是由噴頭噴出顆粒的粒徑分布規(guī)律導(dǎo)致的，粒子的粒徑主要集中在2～3.36 mm。塔半徑4～7 m區(qū)域內(nèi)粒子比較多，導(dǎo)致該區(qū)域空氣溫度上升得比較快，升高到相同溫度所需上升的高度比起他區(qū)域要低，最終導(dǎo)致軸截面的溫度等值線中出現(xiàn)兩處低谷。塔中心粒子很少，熱交換不明顯，氣溫升高到相同溫度所需升高的高度比其他區(qū)域要高，最終導(dǎo)致軸截面的溫度等值線中出現(xiàn)高峰。氣體上升過(guò)程中，溫度也在上升，在噴頭區(qū)域溫度梯度明顯變大。這是因?yàn)閲婎^區(qū)域下降的是高溫熔融復(fù)混肥并且顆粒比較密集，復(fù)混肥與空氣的溫差比較大，傳熱推動(dòng)力大。噴頭區(qū)域的熱空氣繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，由于漸漸遠(yuǎn)離熱源以及與塔壁附近的冷空氣換熱，氣溫逐漸下降。

圖3 塔xz軸截面上氣溫云圖

圖5 距進(jìn)風(fēng)口35 m處橫截面上顆粒分布圖

從圖4中可以看出進(jìn)風(fēng)口氣速最大，空氣進(jìn)入造粒塔后由于截面迅速增大導(dǎo)致速度迅速減小，空氣上升過(guò)程中沿軸向速度變化不是很大。進(jìn)入噴頭區(qū)域由于熱壓增大，因此氣體明顯提速，進(jìn)入熱氣通道后橫截面減小，氣速再次提高。塔半徑4～7 m處氣速明顯較小，這與粒子集中在該區(qū)域，空氣受到較大的阻力有關(guān)。

圖6 塔內(nèi)顆粒降溫規(guī)律圖

顆粒在造粒塔內(nèi)下降并與上升空氣發(fā)生對(duì)流換熱，顆粒溫度逐漸降低，依次經(jīng)歷液態(tài)冷卻過(guò)程、凝固過(guò)程、固態(tài)冷卻過(guò)程。從圖6可以看出2.0 mm粒徑顆粒下降5 m左右進(jìn)入凝固過(guò)程，下降35 m左右進(jìn)入固態(tài)冷卻過(guò)程；2.5 mm粒徑顆粒下降10 m左右進(jìn)入凝固過(guò)程，下降50 m左右進(jìn)入固態(tài)冷卻過(guò)程；而3.9 mm與4.1 mm粒徑顆粒下降25 m左右進(jìn)入凝固狀態(tài)，落至塔底時(shí)依舊處于凝固狀態(tài)，顆粒溫度最終為86.2℃。不同粒徑顆粒的傳熱系數(shù)與停留時(shí)間的差異最終導(dǎo)致了顆粒降溫曲線之間的差異。大粒徑顆粒對(duì)流傳熱系數(shù)與停留時(shí)間均小于小粒徑顆粒的對(duì)流傳熱系數(shù)與停留時(shí)間，降落至塔底時(shí)凝固潛熱尚未完全釋放出來(lái)。

3 進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)的耦合優(yōu)化探索

3.1 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文主要是在已有的被校核的模擬計(jì)算基礎(chǔ)上，通過(guò)改變進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)分析研究進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)對(duì)自然通風(fēng)造粒塔內(nèi)風(fēng)量V的影響，其中造粒塔結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝參數(shù)如表7所示。考慮到影響塔內(nèi)風(fēng)量的因素較多，只選取對(duì)塔內(nèi)風(fēng)量影響較大的3個(gè)因素。即通風(fēng)窗個(gè)數(shù)n、進(jìn)風(fēng)口總面積s以及通風(fēng)窗對(duì)應(yīng)的總圓心角θ。各因素選取水平參照均勻設(shè)計(jì)表U7*(74)，各因素具體取值如表8所示。

表7 結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝參數(shù)

表8 因素水平表

其中造粒塔具體進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)如圖7所示，造粒塔底部徑向分布著若干個(gè)矩形通風(fēng)窗，通風(fēng)窗個(gè)數(shù)n一般為6～18個(gè)，進(jìn)風(fēng)口總面積s一般為66～96m2，通風(fēng)窗對(duì)應(yīng)的總圓心角θ一般為100～180°。

圖7 某造粒塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)布置圖

3.2 均勻設(shè)計(jì)結(jié)果分析

對(duì)于高約l00 m的工程造粒塔，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)標(biāo)定一次工作量相當(dāng)大，涉及到結(jié)構(gòu)尺寸的變動(dòng)改造幾乎不可能。而基于耦合優(yōu)化方法的均勻設(shè)計(jì)方案，開(kāi)展對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算，以造粒塔內(nèi)風(fēng)量V為分析指標(biāo)可以得到相應(yīng)的技術(shù)信息，具體結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 模擬試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（DPS）軟件對(duì)模擬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸統(tǒng)計(jì)建模，計(jì)算結(jié)果如下所示：

計(jì)算結(jié)果表明各項(xiàng)檢驗(yàn)顯著，模型擬合效果在可接受范圍之內(nèi)。t檢驗(yàn)顯示在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)對(duì)V的影響次序：s×θ＞n×θ。數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型顯示造粒塔內(nèi)風(fēng)量隨著通風(fēng)窗個(gè)數(shù)增大而減小，隨著通風(fēng)窗總面積與總圓心角的增大而增大。此外,數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)的最優(yōu)化進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)為：n=6，s=96 m2，θ=180°。

4 耦合優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證

統(tǒng)計(jì)模型耦合優(yōu)化預(yù)測(cè)的進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)為n=6，s=96 m2，θ=180°，對(duì)造粒塔重新進(jìn)行幾何建模，并結(jié)合對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬結(jié)果顯示優(yōu)化結(jié)構(gòu)下造粒塔風(fēng)量為152.35 m3/s，模擬計(jì)算值與統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為1.05%。直接根據(jù)優(yōu)化進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)建造造粒塔，造價(jià)上千萬(wàn)。鑒于直接工程驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果成本太大，本文選擇對(duì)已有的山東某造粒塔進(jìn)行實(shí)測(cè)標(biāo)定，驗(yàn)證耦合優(yōu)化模型預(yù)報(bào)的質(zhì)量。山東造粒塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)為：n=9，s=74.46 m2，θ=139.81°，生產(chǎn)工藝參數(shù)如表7中所示。根據(jù)數(shù)學(xué)模型V=141.649 736 6-0.003 530 702 055×n×θ+ 0.000 932 333 124 6×s×θ計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表10所示，結(jié)果顯示模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)標(biāo)定值的相對(duì)誤差為0.975 4%，誤差在可接受范圍內(nèi)，說(shuō)明回歸的耦合優(yōu)化模型具有顯著的統(tǒng)計(jì)意義。

5 結(jié)論

（1）介紹了復(fù)混肥造粒塔CFD數(shù)值模擬計(jì)算原理與過(guò)程，并分析研究了造粒塔內(nèi)空氣溫度、速度云圖以及復(fù)混肥顆粒在塔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。分析結(jié)果顯示造粒塔內(nèi)軸截面氣溫等值線呈現(xiàn)W形狀，氣速等值線呈現(xiàn)M形狀，在進(jìn)風(fēng)口處造粒塔中心與通風(fēng)窗的上端均出現(xiàn)明顯的渦流。顆粒在造粒塔內(nèi)降落過(guò)程中主要集中在塔半徑4～7 m的范圍內(nèi)，依次經(jīng)歷液態(tài)冷卻過(guò)程、凝固過(guò)程、固態(tài)冷卻過(guò)程，顆粒溫度隨路程的變化曲線出現(xiàn)兩個(gè)明顯的轉(zhuǎn)拆點(diǎn)。

表10 模型預(yù)報(bào)驗(yàn)證結(jié)果

（2）基于均勻設(shè)計(jì)法開(kāi)展數(shù)值模擬的耦合優(yōu)化研究，探索造粒塔進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)對(duì)塔內(nèi)風(fēng)量的影響。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸分析，得出數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型，并最終確定了試驗(yàn)范圍內(nèi)的最優(yōu)化進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)：n=6，s=96 m2，θ=180°。

（3）結(jié)合工程實(shí)測(cè)標(biāo)定，對(duì)耦合優(yōu)化模型預(yù)報(bào)質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)標(biāo)定值的相對(duì)誤差在可接受范圍內(nèi)，回歸的模型具有顯著的統(tǒng)計(jì)意義，可作為工程設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)。

后記：

最近，閱讀了《中國(guó)人才》2015年9月刊登的一篇文章——各國(guó)加強(qiáng)科技人才隊(duì)伍建設(shè)特點(diǎn)與趨勢(shì)（上）。各國(guó)均在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面強(qiáng)化科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)(STEM)教育，借此推動(dòng)國(guó)家創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。英國(guó)政府在2011年—2015年實(shí)施支持STEM教育計(jì)劃，美國(guó)2013年公布了聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略計(jì)劃，加拿大政府2014年12月啟動(dòng)STEM的人才培養(yǎng)計(jì)劃，韓國(guó)在2011年—2015年強(qiáng)化科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)(STEAM)人才的系統(tǒng)培養(yǎng)。

多年來(lái)，上海化工研究院支持和推動(dòng)數(shù)學(xué)工具、數(shù)字化技術(shù)在應(yīng)用基礎(chǔ)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、工程化轉(zhuǎn)化工作中的學(xué)習(xí)、探索、應(yīng)用。2010級(jí)碩士吳文華在讀期間及留院工作后，結(jié)合高塔造粒項(xiàng)目，不斷探索UD+CFD耦合優(yōu)化技術(shù)，并在院部配置的IBM高性能計(jì)算機(jī)上重新做了計(jì)算，不斷完善。

“沉舟側(cè)畔千帆過(guò)，病樹(shù)前頭萬(wàn)木春”，青年同仁們，努力啊！

徐靜安男教授原上海化工研究院院長(zhǎng)長(zhǎng)期從事化工機(jī)械、化學(xué)工程、化工工藝開(kāi)發(fā)、化工試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理方面的研究