水泥回轉(zhuǎn)窯物料流動(dòng)與傳熱特性數(shù)值模擬

劉彬，周武洲，趙朋程，李瑞

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水泥回轉(zhuǎn)窯物料流動(dòng)與傳熱特性數(shù)值模擬

劉彬，周武洲，趙朋程，李瑞

(燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島,066004)

針對(duì)回轉(zhuǎn)窯煤粉燃燒過(guò)程中物料運(yùn)動(dòng)和傳熱特性難以仿真分析的問(wèn)題，將回轉(zhuǎn)窯看作是由高溫?zé)煔饬饔蚝臀锪狭饔蚪M成且相互耦合的計(jì)算域。在壁面?zhèn)鳠岬幕A(chǔ)上，利用熱傳導(dǎo)方程描述不同區(qū)域物料經(jīng)窯壁向外散熱的熱流密度，并提出一種帶傳熱補(bǔ)償?shù)奈锪虾透邷責(zé)煔獾膿Q熱模型。采用此模型數(shù)值模擬回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煤粉燃燒、物料流動(dòng)和燒結(jié)等，研究不同工況下物料流動(dòng)和溫度分布情況。研究結(jié)果表明：所建模型可以較準(zhǔn)確地反映物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的傳熱和運(yùn)動(dòng)情況；回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的升高會(huì)增大物料沿軸向運(yùn)動(dòng)的加速度；增加回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料流量會(huì)降低物料溫度，并加劇物料表層和內(nèi)部的溫度差；物料填充率的增加會(huì)擴(kuò)大外回流區(qū)的范圍，升高冷卻帶的溫度；當(dāng)物料填充率達(dá)到12%時(shí)會(huì)引發(fā)康達(dá)效應(yīng)，使回轉(zhuǎn)窯火焰在靠近物料區(qū)域向物料方向發(fā)生偏移。

計(jì)算流體力學(xué)；多相流；傳熱；數(shù)值模擬；煤燃燒

在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的熟料燒結(jié)溫度直接影響水泥質(zhì)量，研究回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行參數(shù)影響熟料溫度分布機(jī)理對(duì)提高水泥質(zhì)量和降低生產(chǎn)能耗等有著重要意義[1–2]。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提高以及計(jì)算流體力學(xué)仿真軟件的不斷完善，大量學(xué)者采用數(shù)值模擬方法分析回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的煤粉燃燒機(jī)理或物料的流動(dòng)與傳熱特性[3–4]，如ELATTAR等[5]建立回轉(zhuǎn)窯二維模型，研究了主要操作對(duì)不同燃料下回轉(zhuǎn)窯內(nèi)火焰行為的影響；……