干燥爐的優(yōu)化研究

第31卷第1期工業(yè)爐VoL.31 No.12009年1月Industrial FurmaceJan. 2009干燥爐的優(yōu)化研究竇艷濤,單春賢(江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，江蘇鎮江212013)摘要:燃氣干燥爐是-一種重要的工業(yè)用干燥爐,干燥爐設計中要求加熱過(guò)程具有穩定性。通過(guò)分析加熱過(guò)程的傳熱特性,確定加熱過(guò)程的穩定性由熱氣體流場(chǎng)分布狀況決定。利用FLUENT對風(fēng)道的流場(chǎng)進(jìn)行數值模擬,通過(guò)改變平板擋風(fēng)板的位置及形式對比分析平板擋風(fēng)板對流場(chǎng)分布的影響情況。風(fēng)道出口的特性反映風(fēng)道的流場(chǎng)分布情況,并體現工件周開(kāi)的流場(chǎng)特性。據此獲得了改善流場(chǎng)分布均勻性的有效措施,實(shí)現了提高加熱過(guò)程穩定性的方法,提出了滿(mǎn)足干燥爐設計要求的途徑。關(guān)鍵詞:干燥爐;流場(chǎng);FLUENT中圖分類(lèi)號:TQ028.674文獻標識碼:A文 章編號:1001-6988(2009 )01 -0010-03Optimization of Drying OvenDOU Yan-tao, SHAN Chun-xian(School of Energy and Power Engineering ,Jiangsu Universiry , Zhenjiang 212013 ,China)Abstract: Burming gas drying oven is an important industrial drying oven.The drying oven designdemands stability of heating course.By analyzing characteristic of heat transfer,it is made sure that the flowfield distribution contributes to the stability.The numerical simulation of the flow field of wind road iscarried on by using FLUENT.The effect of the flat block wind board on the flow field distribution isanalysed through changing the position and shape of the board. The exit characteristic of the wind roadreflects the flow field distribution and flow field trait around the work piece. Based on it, the usefulmeasurements of improving uniformity of the flow field are obtained, the way of advancing the stability ofheating course are achieved, and the approach of drying oven design are provided.Key words :drying oven; flow field; FLUENT燃氣干燥爐采用燃氣加熱的方式，是- -種氣流千熱容等流體的熱物理性質(zhì)。燃氣與工件確定后,干燥燥爐,具有操作氣速高、氣-固兩相的接觸時(shí)間短的特爐中熱氣體與工件對流換熱，流體的流速是影響換點(diǎn)。加熱蓄電池電解板的燃氣干燥爐,設計時(shí)要求加熱熱系數的主要因素。過(guò)程具有高的穩定性。熱氣體與工件的熱量傳遞主要要滿(mǎn)足工件加熱過(guò)程穩定性要求，對流換熱系方式是對流換熱,所以要求對流換熱具有穩定性。數需保持一定的穩定性,流速分布要均勻,所以流場(chǎng)由于進(jìn)人風(fēng)道的熱氣體速度很高，實(shí)際測量證明分布的均勻程度決定著(zhù)能否滿(mǎn)足設計要求。整個(gè)風(fēng)道內溫度分布均勻,換熱面積上的平均溫差變FLUENT作為計算流體流動(dòng)和傳熱問(wèn)題的軟化不大,表面傳熱系數是影響對流換熱的主要因素。件,在數值模擬計算中應用廣泛。本文應用FLUENT這里對流換熱屬于單相強制對流換熱,表面換對干燥爐風(fēng)道的流場(chǎng)分布進(jìn)行了模擬，模擬采用二熱系數的影響因素有:流體的流速,換熱表面的特征維模型,使用對比的方法,提出獲得滿(mǎn)足干燥爐設計長(cháng)度,流體的密度、動(dòng)力黏度導熱系數以及比定壓要求的途徑。中國煤化工。收稿日期:2008-09-27作者簡(jiǎn)介:竇艷濤(1983- -),男,碩七研究生.主要從事動(dòng)力機械YHCNMHG的微計算機測試與控制技術(shù)研究工作.T燥爐的殆網(wǎng)反上F過(guò)程見(jiàn)圖1。0工業(yè)爐第31卷第1期2009年1月計算得Re=1.84x10*,此模型流動(dòng)為湍流流動(dòng),循環(huán)風(fēng)間o|引風(fēng)機出口燃 燒有←一這里選擇k-ε求解方程?！惋L(fēng)口↑口k和ε是兩個(gè)基本的未知量，與之對應的輸運上風(fēng)道方程為:下風(fēng)道浩(0k)>+-。(oku)= 0-[(4+4)張}+atdx;ax;O:' dx;圍1干燥爐的結構及工作過(guò)程簡(jiǎn)團Gt+G,-pe-Yy+S;(2)燃氣在燃燒室內燃燒產(chǎn)生高溫氣體,由送風(fēng)機.和分別送人上、下風(fēng)道,通過(guò)風(fēng)道各自的出風(fēng)口對傳送。(at (pE)+a -(x (peu,)=x= 3 -[(u+圖-)照E]+帶上的工件進(jìn)行加熱。加熱工件后,熱氣體一部分通過(guò)回風(fēng)口回到燃燒室實(shí)現循環(huán)利用,另一部分通Cn號(G+CxGb)-CapE +S,(3)過(guò)引風(fēng)機出口排出干燥爐。式中:Ge表示有平均速度梯度產(chǎn)生的素流動(dòng)能;G。表分析干燥爐風(fēng)道的流場(chǎng)分布,將其結構進(jìn)行簡(jiǎn)示由浮升產(chǎn)生的紊流動(dòng)能;Ym表示可壓湍流中脈動(dòng)化。不考慮整個(gè)系統的循環(huán),將上風(fēng)道隔離出來(lái)。模擴張的貢獻;C2.C2和Cx為經(jīng)驗常數;Se和S。是用擬高溫氣體由送風(fēng)機送人上風(fēng)道,經(jīng)過(guò)上風(fēng)道送入戶(hù)定義的源項;σs及σ。分別表示k及e的普朗特數。加熱室的過(guò)程,得到上風(fēng)道的流場(chǎng)分布情況。實(shí)驗中熱氣流為可壓縮流體,得出參數G,、G,、2模擬計算及 研究結果分析Ym計算式如下:2.1幾何模型的建立Gr=2(4+4)4(4)由于上風(fēng)道中的流場(chǎng)可視為二維變化,所以本式中,山為湍動(dòng)黏度。實(shí)驗建立二維模型。模型主要結構見(jiàn)圖2。G;=Bg告物(5)入口矩形擋板左圓弧擋板矩形擋板右b情況式中:Pr,是湍動(dòng)普朗特數,該模型中取為0.85;g:是*c情%重力加速度在第i方向的分量;β是熱膨脹系數。壓力出口Y;=2peM,(6)圈2上風(fēng)道模型圈式中,M,是湍流Mach數。本文主要研究矩形擋板對流場(chǎng)影響情況,分別模型常數Cp、C2e、Cpσ σ。的取值為:對沒(méi)有擋板及擋板不同位置情況下的流場(chǎng)分布做了C2=1.44, Cz=1.92,C_=0.09 ,σ=1.0,σ=13對比分析。矩形擋板左右對稱(chēng)分布,在二維圖形中關(guān)于Cx，當主流方向與重力方向平行時(shí),有即為一段線(xiàn)段。情況分別是:a沒(méi)有矩形擋板;b左擋Cx=1;當主流方向與重力方向垂直時(shí),有Cx=0。板兩端點(diǎn)坐標為(4 130,50),(4330, 120),右擋板兩端2.3 FLUENT 中邊界條件的設置點(diǎn)坐標為(5950, 120),(6 150,50);c左擋板兩端點(diǎn)主要考慮流場(chǎng)的分布,進(jìn)口設定為速度進(jìn)口,速坐標為(4 130,50),(4430, 120),右擋板兩端點(diǎn)坐標度為17m/s,溫度設為533K;出口定為自由出流;為(5 850, 120),(6 150,50)。 e情況的擋板比b情況固壁邊界定為動(dòng)量項;其它選項采用默認值處理。傾角減小6.3° ,長(cháng)度增加96 mm。2.4 FLUENT 計算結果及其分析2.2數值模擬的計算模型3種情況的上風(fēng)道速度場(chǎng)的分布情況見(jiàn)圖3。通過(guò)計算雷諾數Re,確定模型中的流動(dòng)類(lèi)型，分析圖4的風(fēng)道速度場(chǎng)分布可以觀(guān)察到速度場(chǎng)選擇計算模型。主要不均勻區域就是速度入口區域;加上擋風(fēng)板后Re=. ud(1)同一顏色聚集區減少,速度分布均勻程度得到改善;在增中國煤化工角度的情況下,進(jìn)式中:u表示風(fēng)道里的風(fēng)速;d表示風(fēng)道的高度;y表示空氣的動(dòng)力黏度。一步HCNMHG平線(xiàn)上的Y向速度擬合曲線(xiàn)時(shí)萬(wàn)布見(jiàn)圖4。實(shí)驗研究:干燥爐的優(yōu)化研究間區域向兩側過(guò)渡時(shí)左側區域先變?yōu)?.5 m/s然后減小為4.5 m/s而后再到4 m/s,右側區域速度變?yōu)锽 201情況(a) .20014 m/s并保持一段距離 而后增加到7.5 m/s,分布情100況也得到改善(圖4c)。1ae ................ ..5出口的速度并不是對稱(chēng)分布的，可以采用不對情況(b)稱(chēng)的擋風(fēng)板結構改善整體的速度分布情況;中間及兩側區域可以采用加擋板的方式降低其速度;陡變的區域是圓弧擋板的作用產(chǎn)生的，可以考慮采用帶:樓:0情況(e)有多孔的擋板來(lái)減緩這種突變。圈3 3種情況的風(fēng)道速度場(chǎng)分布圖4結論-2.01-3.0](1)燃氣干燥爐中的換熱方式屬于對流換熱,可- 4.0以進(jìn)-一步從傳熱學(xué)角度分析提高換熱效率。-5.0(2)利用二維模型能夠反映上風(fēng)道的流場(chǎng)特性,-7.0}-8.03:操作條件要求不高,使得模擬計算容易進(jìn)行。通過(guò)風(fēng)-9.0年道出口邊界的參數特性來(lái)反映工作室的加熱狀況，-10.0012345678910簡(jiǎn)化了分析過(guò)程。水平位置/m(3)模擬結果表明擋風(fēng)板不同的形狀及放置位置(a)未加擋板會(huì )獲得不同的流場(chǎng)分布情況,矩形擋風(fēng)板對上風(fēng)道流-3.07場(chǎng)均勻性改善效果明顯。出口水平線(xiàn)上Y向速度加-4.0擋板后變化趨勢更加平緩,擋板在加長(cháng)減小傾斜角度-6.0{的情況下分布進(jìn)一步趨于均勻。 可以通過(guò)進(jìn)一步模擬-7.0|:計算得到更合理的擋板形狀和擋板放置位置,從而改-806變流場(chǎng)的分布,使得干燥爐的設計更加合理。-9.0-10.012345678910參考文獻:(b)加擋板[{1] 韓占忠,王敬,蘭小平.FLUENT流體工程仿真計算實(shí)例與應用-4.0][M).北京:北京理工大學(xué)出版社,2004.-5.07;2] 王瑞金,張凱,王剛.FLUENT技術(shù)基礎與應用實(shí)例[M].北京:清華大學(xué)出版社，2007.-6.5][3] 魏新利,馬新輝.應用FLUENT軟件研究流化床中布風(fēng)板結構-7.0]-8.01JI.能源工程2006(2):15-19.-8014} 王平,何峰,魏紅莉.FLUENT軟件玻璃熔窯進(jìn)行優(yōu)化設計的探討[幾國外建材科技,2006.27(2)8-11.。0123456789105] 劉利平,黃萬(wàn)年.FLUENT軟件模擬管殼式換熱器殼程=.位流場(chǎng)(c)加長(cháng)擋板并減小傾斜角度[川化工裝備技術(shù)2006.27(3):54-56.圈4不同情況出口Y向的速度分布團6] 李紅梅.胡家順,萬(wàn)松林離心泵內二維流場(chǎng)的數值模規[幾.中國對圖4的壓力出口水平線(xiàn)上的Y向速度分布水運,00611):60-61.1情況進(jìn)行對比分析。4~6 m的中間區域出現速度散7] Fluent Ine.FLUENT 6.1 User'GuidelM]Fluent Ine ,2003.8] CHOUDHURY, DIPANKAR.American Society of Mechanical En-點(diǎn),速度達9m/s甚至更高,這是由于熱氣流直接進(jìn)gineers, Heat Transfer Division (Pubicatin) HTD, V 255.Solu-人進(jìn)口風(fēng)道產(chǎn)生的(圖4a);在加了擋板后中間區域tions to CFD Benchmark Problems in Electronic Packaging[M].向兩側過(guò)渡的速度梯度有所降低，分布更趨平緩,變中國煤化工化范圍從(3~9)m/s減小為(3.5~8)m/s(圖4b);在對9]MHCNMH(ements in standard ovenduyuguoun,19942610);18 20.擋板加長(cháng)并且減小水平傾斜角度的情況下速度由中12