污泥干燥筒流場數值模擬分析

孟亞峰

（鶴壁職業技術學院，河南，鶴壁458030）

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污泥干燥筒流場數值模擬分析

孟亞峰

（鶴壁職業技術學院，河南，鶴壁458030）

摘要：轉筒式污泥干燥機是目前常規化的污泥處理設備。如何確定污泥在轉筒內的運動狀態，直接影響污泥的干燥效率，本文通過有限元分析軟件ANSYS，結合流體力學理論，建立實體模型及數學模型，定性分析滾筒內的流體流動狀態，為改進滾筒結構提供了理論支持。

關鍵詞：污泥干燥分析有限流體

引言

回轉干燥器的生產能力可以連續運行，這對城市污水污泥處理無疑非常有利。但在實際應用中，轉鼓干燥器熱效率不高，內缸和缸內的溫度和流動的狀態的熱流量的變化使運動機構污泥干燥機的研究不再局限于滾筒干燥過程中提出的數學模型和實驗研究的干燥的過程。隨著計算機技術的發展，人們開始利用計算機技術對滾筒干燥設備的設計和開發。這為解釋轉缸內的物料運動、傳熱傳質和滾筒干燥設備的研究開發過程提供了一個方便的參考。

本章運用ANSYS Workbench有限元軟件對標準直型傳熱烘干機進行改進。近似表達式的可視化和仿真可以反映工作狀態下的運行狀態和狀態參數，對結構簡單、操作方便的滾筒干燥設備的實際工況具有重要的參考價值。

1 基于ANSYS Workbench的滾筒烘干機的流場理論模型

旋轉式干燥器中流體流動的物理數學模型，是一種忽略了流體物理性質隨溫度變化、流體不改變、自然對流、輻射換熱而改變的物理和數學模型。為了獲得湍流粘性系數，標準的雙方程模型可以用來求解方程。因此，可用方程解釋。未知數有（i=1,2,3）、P、E、u1，方程有1個連續性方程，3個能量方程，1個能量方程，加上1個求解，得到湍流粘度系數的方程，使方程可以得出：

2 滾筒式干燥器的流場分析及計算模型

大型有限元軟件ANSYS對workbench14.5復雜的多物理場耦合問題提供了最完美的解決方案。ANSYS公司擁有世界先進的網格，計算結構力學、動力學、計算流體力學、線性和非線性動力學分析技術開發和提供世界一流的求解器技術，并通過先進的軟件和硬件平臺的支持，實現了大規模問題的有效解。

旋轉式滾筒干燥器的流場分析和計算一般包括計算模型、邊界條件和參數、計算和結果分析。滾筒烘干機的流場分析是基于ANSYS Workbench CFX分析模塊建立在完整實體模型流場和自旋的信道模型的烘干機內部流場的分析。

流場計算模型的建立包括幾何建模和網格劃分。利用SolidWorks軟件生成筒烘干機模型，如圖1所示。將文件保存為x-t格式。利用ANSYS Workbench CFX分析模塊進行流場計算，文件導入x-t格式的幾何designmodeler建立傳輸機流量的幾何模型，以便于在ANSYS ICEM CFD網格將烘干機的流場進行分塊，如圖44中的烘干機流場的幾何模型。該滾筒烘干機流場的ANSYS ICEM CFD網格劃分，主要包括幾何模型的介紹，編輯設置、網格和質量分析。

圖1 回轉滾筒式干燥器流場的網格模型

3 回轉滾筒干燥器中流場的數值模擬與分析

滾筒干燥機電源內部流場的數值模擬是由求解CFX求解器計算。求解器可以監控解決方案，顯示收斂。當數值差值達到10-4時計算結束，模塊CFX后現代可視化技術的處理和滾筒烘干機內部流場進行詳細分析，得到流場的各種參數分布情況。

轉筒干燥器內流體運動可以顯示，從入口沿軸向流出的氣體，在過程中流體的湍流和對流換熱與外部氣體的能量減少。因此，從以下幾個方面對滾筒式烘干機內部流場進行分析。

（1）流量和流量。旋轉式滾筒式干燥器的流線分布圖顯示了相對于氣缸的氣體速度。在鼓的流道，氣流分布更均勻，從流體入口距離流體入口5.5m處是流體入口邊界速度，流體入口速度邊界為4.115米m/s，中間的氣體流速較低，逐漸接近0。流體的速度急劇增加，出口速度最高達到9.617m/s。總體上，轉筒的內部結構設計很好。

（2）壓力。氣體流動過程中，它被稱為隨著氣體在流動通道中的膨脹。壓力逐漸減小，氣體對氣缸體的結構作用力逐漸減小。由于氣體流量不高，流量過程中的氣體壓力很小，浮動壓力非常小。

（3）溫度。距離液對空氣進口或出口中心位置的流體XY截面溫度分布不同的入口位置，分布在流體XY截面溫度不同位置的中心位置。流體和外部對流傳熱方法，管內壁結構在很大程度上影響著流體對流換熱強度。在轉鼓內壁無抄板和導流板，在熱流體溫度分布的外轉子圓筒壁面附近出現邊界位置，溫度低于50℃，溫度分布主要在流體域圓壁面。在氣缸壁的抄板和導流板，在熱分布的外部流體的溫度，使流體在轉筒壁內部抄板和高強度的對流熱傳導板溫差大，約300℃，說明了鼓內部結構增加液體的對流換熱強度,提高鼓干燥的熱效率。

對流體區域為YZ縱斷面的溫度分布，在流域邊界的溫度梯度變化大。之后，溫度梯度有逐漸減小的趨勢。空氣入口到出口氣流的氣流，軸向壁溫降低，同時也均勻的徑向擴散充分發展狀態。空氣溫度1800℃，最小氣流溫度1500℃。分析表明，在不同強度的對流傳熱的不同位置和流體域的邊界層對流換熱強度大于內部流體域的熱傳導流體域的強度，尤其是在導向板和抄板和外部對流換熱能力，轉筒內的溫度分布和熱流擴散筒的內部結構，轉鼓干燥機內部結構邊界地區是最強的干顆粒污泥，顆粒污泥的干燥效果明顯。

4 滾筒式干燥器內部流場的能量分析

轉烘干機內部流場分析后，根據旋轉滾筒干燥器內流體流動的方向，流體在流動中的湍流和外部對流散熱效果，流體能量減少，能量損失主要用于干燥和它的溫度上升所產生的能量消耗。為了減少無用的能源消耗，在外鼓增加保溫裝置，減少熱損失的液體。因此，在流體與物料之間的對流換熱越大，整個滾筒干燥器的能量利用效率就越高，實現了能量的充分利用。

5 小結

本文詳細描述回轉干燥器的內部流場，并進行相應的分析。介紹了流體力學和熱力學的基本理論，在干燥機內的穩定的流體流動的數學模型，忽略了流體的物理性質與溫度、自然對流和輻射傳熱的作用，流體相態變化，結合湍流輸運模型平均N-S方程，考慮到雷諾茲的壓力和相應的梯度方程的體積后，添加等效粘滯系數和熱擴散系數、湍流粘性系數為解決兩方程模型，可以使用標準；然后詳細的介紹了基于CFX ANSYS Workbench平臺的分析流程，分析計算流量干燥器的一般模型，設置邊界條件和參數，計算和結果分析處理。

通過計算，烘干機的熱空氣流動相對穩定，熱量流經筒壁，抄板和導向料板，湍流效應加劇，加速了流體和待干燥物料的傳熱傳質，說明旋轉筒干燥器內部結構設計可以提高流體的能量利用率，并根據數值模擬推斷轉干物料的對流換熱系數，強化傳熱和物料的干燥傳熱和傳質能力，提高使用效率。

參考文獻

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［2］鄭光忠，來賓垃圾焚燒發電廠污泥處理與資源化的技術，化學工程與裝備，2014（1）：179-181.

［3］魏瑞軍，余權恒，污泥干燥特性及動力學模型分析，山東化工，2014（9）：1-4.

Numerical Simulation of the Flow Field of Sludge Drying Tube

MENG Yafeng
（Hebi Polytechnic,Hebi 458030,China）

Abstract:Drum type sludge dryer is the conventional sludge treatment equipment, how to determine the sludge in the motion state of the inner cylinder directly influenced the sludge drying efficiency of the, by using finite element analysis software ANSYS on the basis of the theory of fluid mechanics, to establish the physical model and mathematical model, the qualitative analysis of the flow state of fluid in the drum, provides the theoretical support for the improvement of the structure of the drum.

Key words:sludge，drying，analysis，finite element，fluid

基金項目：節能型污泥干化技術裝備及污泥資源化研究（152102210199）。