1、水泥廠新型熱管換熱器的FLUENT數(shù)值模擬由于木課題冊開發(fā)的新蹙熱管換熱器針對的是zK泥廠新型干法水泥生產(chǎn)線窯頭及窯尾1叫200亡的低溫廢氣.這部分低溫廢氣具仃溫度水平低、含塵濃厘大、總流就大孚特點"因此.用于何收這部分低溫廢氣金熱的換熱設(shè)備不僅應具有較高的換熱效率，能堆大限度的回收余熱，而且應當具有一定的除rt能力.但當前應用于工業(yè)領(lǐng)域的余熱回收用換熱器大多都只具有余衲冋收的功能.廢氣經(jīng)過換執(zhí)器冋收余憩之后.為了達到所要求的排放標椎.一股祁獎再次經(jīng)過較式除塵器進疔專門的除塵由于低溫廢氣的含塵敲度較k（一般可達到40-60g/n?）.在經(jīng)過余熱回收換熱設(shè)備的過程中極易謹誡換熱莖內(nèi)部的

2、積塊、圾堵及嘉點昭蝕.進他進響換熱益中換熱啲的放熱系數(shù)及狀休余熱回収效率口木課題聽開發(fā)的用r何收低溫廢氣雜熱的斯電熱管換熱器廠-般換熱爲M大的區(qū)別就在于它特有的除塵功能充分利川該換熱器內(nèi)部特仃的齪轉(zhuǎn)形潦道増加換熱.在高效率的冋收低溫廢氣余熱的同時達到除塵的H的.但所開發(fā)的新型憩管換熱器煙氣惻的換執(zhí)效率高低及除塵的效果尚需得到實驗的驗證it篦流休力學的快速發(fā)展樓人地促進廣實驗研究方叢和理倫井析的快38發(fā)展它jffiil數(shù)值模擬方法可以更深入的研究ifi體運動的特點.能夠緒出參種流體在運動I兔域內(nèi)的離散解I.由于實豔峯件的限制以及l(fā)lucnL數(shù)價模擬的優(yōu)越性.采用fluent軟件對該新塑熱管換熱器

3、進行數(shù)值模擬不愧為是一條既綸濟快睦乂省時竹力的捷能.計畀說體力學亦流休動力學、熱設(shè)計的工業(yè)&用及學術(shù)研究方面應用非常廣泛.在應用中為了獲得足修正確的模擬結(jié)果，一般需耍充分理解物理現(xiàn)彖的本質(zhì).并在此里礎(chǔ)上選擇足夠簡化及適十的物理模型，52-54,o數(shù)值模擬的目的1、對該新型熱管換熱器某一截面利用Huenl歐拉模熨進行二維數(shù)值模擬.紂到該截而上的灰塵顆粒速度、體積分敵的分布情況：2、通過對模擬結(jié)果的分析，考察該新型熱管換熱器在低溫廢氣余熱冋收中的換熱及除塵效果.并找出其設(shè)計中存在的不足Z處。由于所設(shè)計的新型熱管換熱器外形尺寸較人，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，且熱管數(shù)和所含翅片數(shù)較多,考慮到計算機硬件水平

4、的限制及模擬期望達到的稱度耍求，因而仃必要在建模時対實際熱管換熱器模型進行必要的簡化.在建模時對熱管換熱器所做的主要簡化如下：1、只模擬熱管換熱器煙氣側(cè)的流動及換熱情況對新型熱管換熱器數(shù)值模擬的目的是考察煙氣側(cè)的流動、除塵及換熱t(yī)s況，因此住模型的建立時可只占虎煙氣側(cè)的熱管換熱情況|伯忽略水側(cè)的換熱，以此來簡化模型的芟雜程度.2、對熱管外部的螺旋形翅片做了簡化螺旋形翅片的形狀在利用Gambit軟件進行建模時不易操作，故將螺旋形翅片視為虹個的圓形翅片，U翅片在熱管外部傾斜布迎.3、將低溫煙氣視為不可壓縮流體低溫廢氣任熱管換熱器中與熱管接觸換熱，溫度逐漸降低，隨看溫度的降低.低溫廢氣的密度會發(fā)生變

5、化，即低溫廢氣在熱管換熱器中為可壓縮流體。由于所截聯(lián)的低溫廢氣流道較短低溫廢代的溫度變化仃限，故在模擬中可將低溫廢氣近似認為不可壓縮流體。4、將熱管表面溫度視為固定值很據(jù)熱管換熱器的基本原理可知，在熱管換熱器煙氣側(cè)當?shù)蜏貜U氣繞流熱管表面時，使熱管內(nèi)部的工質(zhì)（液態(tài)水）汽化為水蒸氣.水裁氣在熱管內(nèi)部流向熱管的冷卻段，到達冷卻段后向管外的低溫水放熱水燕氣液化為水并流向煙氣側(cè)的蒸發(fā)段，從U完成熱管內(nèi)部工質(zhì)的一個循環(huán)。嚴恪上來說，熱管換熱器的數(shù)值模擬應采用歐拉模型是一種比較適用J模擬氣一固兩相流、氣一液兩相流的流體數(shù)值計算模型，它以空何點為研究對狡。如在氣一固兩相流的歐拉模型中固體顆粒物與氣體被視為兩種

6、流體,因此在空何各點會存在顆粒物與氣體不同的沮度、速度及密心；參數(shù)，兩者在同一空何點相互滲透、相互形響。顆粒物與氣體之間會相互作用，且固體顆粒物彼此之何也會有相互作用.但對固體顆粒物素流輸運起決定作用的因素是其與氣體間的相互作用，而不是固體顆粒物彼此之間的作用.歐拉模型的計算耕度較奇.對新熨熱管換熱器所建立的二維模熨.主耍是截収了熱管換熱器煙氣側(cè)流道的-段橫截浙二維模型網(wǎng)恪敵雖仃限，可用于高粘度的歐拉模型的計算。引入歐拉模型對新型熱管換熱器進行:數(shù)值模擬計算的主要11的; 研究熱管換熱器煙氣側(cè)某一截ifii上低溫廢氣中所含的固體顆粒物的運動軌跡情況.由固體顆粒物的運動情況判斷出熱管換熱誓翅片管

7、的除塵效果： 以對該新熨換熱器二維模型的數(shù)值模擬計算結(jié)果為依據(jù)，分析模擬結(jié)果，得出該新空熱管換熱器除塵情況的判斷，找到新型熱管換熱器設(shè)訃中的不足，并給出改進建議.522模型的建立及網(wǎng)格劃分由于所設(shè)訃的新熨熱管換熱器體枳較大H內(nèi)部結(jié)構(gòu)極其奴朵，經(jīng)過嘗試在現(xiàn)有的計算機硬件水平卜很難建立該換熱器的整體摸型而對其進行比較耕確的數(shù)值模擬.為了人體上了解該換熱器內(nèi)部的翅片管對煙氣中灰塵的捕獲能力.本模型僅截取的煙氣側(cè)的-個橫截血，并對其進行二維的歐拉模型數(shù)值模擬.如圖51所示，該模型截取了煙氣入口處的一個橫截面.選取了150根熱管的光管截而進行數(shù)值模擬.對圖51所示的新型熱管換熱器煙氣側(cè)橫截面圖進行網(wǎng)格劃

8、分時采用的是二維非結(jié)構(gòu)網(wǎng)恪，二維lh結(jié)構(gòu)網(wǎng)恪對內(nèi)部結(jié)構(gòu)U朵的模熨JI仃校強的適應性.由于熱管翅片管附近區(qū)域及換熱器壁山i附近區(qū)域甘數(shù)值計算的粘度耍求較筒.故在進行網(wǎng)恪劃分時先對熱管哽面、換熱器哽仙及內(nèi)部隔板進行邊網(wǎng)恪劃分.然后再進行面網(wǎng)恪的劃分.以此來控制網(wǎng)恪的筑密，從而提島數(shù)值模擬計算的稱度歐拉模型邊界條件的設(shè)定低溫廢氣為氣一周兩相流，在歐拉?？罩袑煔庾鳛榈谝幌?，彌散于煙氣中的固體灰塵顆粒作為第二相.煙氣的乞項物性參數(shù)為：密度：0.869kg/n?,定壓比熱容：1.079kJ/(kg-C),熱導率：3.48x10"2W/(m°C),動力粘性系數(shù):22x10'6k

9、g/(ms).溫度：160C固體尿塵顆粒族項物件參數(shù)為；密度:3OOOkg/m3,定壓比熱容；8()()kJ/(kg*0，熱導率：4.54xlOWAm-C),溫度：160C,貢徑數(shù)雖級：().001m.低溫廢氣進出口、熱管樂面及模型壁而的邊界條件設(shè)定如b： 入I：速度入口邊界條件(VclocilyInle【)：煙氣速度為5.9m/s,溫度為160-C：城塵顆粒速度為5.9m/s溫度為160C,灰塵體枳分數(shù)為5%： 出口：出流邊界條件(oulflow)： 熱管吐面：類型為wall.溫度為96*C： 模熨吐而：類型為wall.溫度為130-C：計算過程中存項參數(shù)的殘差均設(shè)置為I(疋結(jié)果及分析迭代計

10、算收斂厲，可得到比較直觀的孑項參數(shù)的分布圖，并項參數(shù)的分布用及具體分析如下：1、灰塵速度分布圖(見圖5-2)S心56te«0053le*C05020X104T2»*0044SOO4 1><«3M«<n3Me<J032-00204>*002如52020017?e*0014ee-001laeoo5 Xn012時70x»«ooCancotrsofVelocityMagNUOe<hu«chen>(m/i)CancotrsofVelocityMagNUOe<hu«chen>

11、;(m/i)Air082011FLUGNT632d.pbmeUerar.sice)圖S2灰塵速度分俗圖對圖52的相關(guān)分析如卜： 圖中15排熱管附近灰塵速度明顯降低盤味著在新熨熱管換熱器的煙氣側(cè).灰塵接儺到翅片管表面后速度明顯降低.最小速度可降低到零.即灰'I：接儺翅片管后有一部分灰T會沉積在翅片管的?<面,沉積在翅片管表ifii的灰塵會在自身重力的作用卜沿著螺旋翅片向卜的傾角卜落到換熱器底部的排灰斗; 圖中外圓和內(nèi)岡I:均仃明顯的灰塵速度低速帶.這表明在換熱器壁面內(nèi)表面和內(nèi)部隔板表面有灰塵沉積.樂面上的積灰是由于離心力的作用,使得-部分灰塵被從低溫廢氣中分離，灰塵遇到換熱器唯浙忘

12、在其I:沉積：隔板農(nóng)向的枳灰是山于網(wǎng)氣在繞流隔板農(nóng)ifii時會產(chǎn)生一空漩渦，在這空漩渦內(nèi)坎I：速度急速降低并最終沉枳在隔板衣面.沉枳在壁而和隔板/<1(11I:的灰塵可在重力的作用F下落到換熱器下部的排灰斗: 灰塵顆粒到達翅片管附近山于受到翅片管的R1,仃一部分灰塵顆粒的速度明顯減小,但剩余的灰塵顆粒在通過排翅片管之后,到達煙氣側(cè)F一排翅片管Z詢.速度基本超于平穩(wěn)，速度分布也基木恢芟均勻： 圖中灰塵顆粒在出口處的隔板表ifii和壁而內(nèi)衣面的低速速度分布帶明顯號于別處產(chǎn)生這一現(xiàn)彖的原因主耍是宙于在煙代出口處產(chǎn)生了大量的漩禍，漩渦的存在導致灰塵在此處耍比在別處易r沉枳：恤據(jù)圖中對灰塵速度在翅

13、片管表面、隔板外農(nóng)面與換熱器壁而處的變化可知，該模擬結(jié)果打設(shè)計思路基術(shù)吻介，換熱器的除塵效果基木令人滿意，沉積在翅片管表而及換熱器唯而I:的灰塵會在匝力的作用K卜落到城塵斗.2、煙氣速度分布圖（見圖5-3）11心aU?e<Q1WKH213d212202114*001O6*Q90O89?e*O1834«-O1"SO4We*014D8e*0124H1Mo-01WOOoocift«aoCortouftofVeioatyKUgrAjcte<yenql)im>CortouftofVeioatyKUgrAjcte<yenql)im>Js08.20

14、11FLUENTS3<2dpOrwautonaasice)圖5-3煙氣速度分布圖對圖53的相關(guān)分析如下: 煙氣在流過熱管換熱器煙氣側(cè)的一排翅片管時.在翅片管的后部形成了比較K的渦流區(qū)，渦流區(qū)的存在可能會導致煙氣邊界層與翅片管農(nóng)Ifll的分離.從而導致?lián)Q熱效果的惡化.另外,煙氣繞過熱管后形成的用跡區(qū)過長,可能是由于翅片管的翅片相對高度過大引起的.即翅片高度與熱管管徑之比H/D的值過大，本熱管換熱器翅片管的H/D=16/32=50%： 由圖中可見煙氣在兩根翅片管之何的區(qū)域通過時速度急劇升高.這是由翅片管之間的縫隙較小引起的.但煙氣在繞過翅片管之后到達卜排翅片管Z前速度基本恢復均勻，速度場趨于

15、穩(wěn)定； 圖中可見兩條扶長的焉速煙氣速度帯，這兩條髙速區(qū)域的出現(xiàn)號圖52所示的灰塵速度分傷圖基木吻合產(chǎn)生的上要原因是由于此處塊塵的人址堆枳減小了煙氣的流通通道,由于流通通道的變窄使得煙氣的速度升高.從Ifu將堆積的灰塵吹走.這也驗證了熱管換熱器的I吹灰功能.3灰塵體枳分數(shù)分布圖（見圖5-4）ejte4»50401147301441eO11"40d*4>13WO1、心628312$i220HX1Hi9砂8G2AO2$1X6CortoursofVolunefracton(N4cbeo：>TJen08.2011FLUENTS3(2dpbnsfiuknarvska>圖5-4灰塵體積分數(shù)分fli圖對圖54的相關(guān)分析如下： 模擬時將灰塵的體枳分數(shù)設(shè)定為5%,由圖中的顯示結(jié)果可見灰塵的體枳分數(shù)在換熱器樂面、隔板農(nóng)而及翅片管表血數(shù)值比較奇，達到了60%以上，這也說明了該換熱器的除塵效果正如設(shè)計中折預料的一樣: 圖中,換熱郢墅而上的灰塵體積分數(shù)明顯高于隔板表面,這一點說明了在換熱器炯氣側(cè).離心力在除塵中起的作用是不可忽略的.