圓錐型氣流流化干燥機畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　第1章 緒論3</b></p><p>　　1.1 研究背景與意義3</p><p>

2、;　　1.2 課題研究進展3</p><p>　　1.2.1工業(yè)干燥技術3</p><p>　　1.2.2 氣流流化干燥9</p><p>　　1.2.3 CFD理論及其應用軟件12</p><p>　　1.3 課題的研究重點18</p><p>　　第2章 流場模擬與流化床的結構優(yōu)化19</p&g

3、t;<p>　　2.1 氣流流化床干燥機結構19</p><p>　　2.2 內部流場的CFD模擬19</p><p>　　2.2.1 CFD理論模型19</p><p>　　2.2.2 模擬計算流程21</p><p>　　2.2.3 初始計算參數(shù)22</p><p>　　2.2.4 網格模型

4、及計算邊界23</p><p>　　2.3 結果與討論23</p><p>　　2.3.1 模擬計算結果23</p><p>　　2.3.2 尺寸優(yōu)化后的流化流場26</p><p>　　第3章 結論28</p><p><b>　　參考文獻29</b></p><

5、;p><b>　　致謝33</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　圓錐型氣流流化干燥機作為一種歷史相當悠久的工業(yè)生產設備，在化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)生產中有著十分廣泛的實際應用。</p><p>　　針對圓錐型氣流流化干燥機，運用計算流體力學理論及相應的經典商用軟件，借助均勻設計的

6、試驗計劃安排法，開展了干燥機流化室的結構尺寸優(yōu)化與設計，以確保在設備流場充分流化的前提下，進一步減小操作的風動力操作損耗。結果表明，對于釜體中部圓筒直徑為300 mm的圓錐型氣流流化床，當釜的中部圓筒高度設計為75 mm、釜的上下接口直徑設計為60 mm、且上、下兩錐形體的錐角分別設計為50°和55°時，設備正常操作時的風阻壓降將可降至最低。</p><p>　　關鍵詞：流化床，干燥機，流場模

7、擬，結構設計</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Layered conical fluidized air dryer as a historical quite a long industrial production equipment, and chemical industry, food, medicine and o

8、ther industrial production has a wide range of application.</p><p>　　For layered conical fluidized air dryer, using computational fluid mechanics theory and the corresponding classic by uniform design, comme

9、rcial software test plan method, and carried out the dryer fluidization room structure size optimization and design, to ensure that equipment flow field under the premise of fully fluidized, further reduce operating wind

10、 power operation loss. The results show that, for axe body for 300 mm in diameter central cylinder of layered conical airflow fluidized bed, w</p><p>　　Keywords： Fluidized bed; Drier; Flow field simulation;

11、Structure design</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　第1.1節(jié) 研究背景與意義</p><p>　　干燥是現(xiàn)代工業(yè)中運用極為廣泛的一種操作技術，其技術水平及相應設備的先進與否，直接影響著生產企業(yè)的經濟效益和產品競爭力。近代干燥器開始使用的是間歇操作的固定床式干燥器。19世紀中葉，洞道式干燥器

12、的使用，標志著干燥器由間歇操作向連續(xù)操作方向的發(fā)展。20世紀初期，乳品生產開始應用噴霧干燥器，為大規(guī)模干燥液態(tài)物料提供了有力的工具。40年代開始，隨著流化技術的發(fā)展，高強度、高生產率的沸騰床和氣流式干燥器相繼出現(xiàn)。而冷凍升華、輻射和介電式干燥器則為滿足特殊要求提供了新的手段。60年代開始發(fā)展了遠紅外和微波干燥器。經過近幾十年的快速發(fā)展與追趕，我國的干燥設備雖然已經結束了完全依賴進口的被動局面，自行制造的干燥設備目前可基本滿足國內市場的一

13、般生產要求，甚至還有個別機種出口到國外。但總體而言，與國外的同類設備相比，國內的干燥設備制造水平仍處于積累發(fā)展階段，尚不能較好滿足當前如制藥與催化劑制造等新興行業(yè)中的高精技術要求，亟待進一步地改進與研發(fā)。</p><p>　　可見，運用新興的CFD理論及其商業(yè)應用軟件，開展干燥器的流場模擬及其結構設計是一項極具意義且高效的研究工作。</p><p>　　第1.2節(jié) 課題研究進展</p

14、><p>　　1.2.1 工業(yè)干燥技術</p><p>　　1.2.1.1 技術簡介</p><p>　　干燥就是利用熱能使?jié)裎锪现械臐穹?水分或其他溶劑)汽化,水汽或蒸汽經氣流帶走或由真空泵將其抽出除去,而獲得固體產品的操作過程。工業(yè)上，干燥操作不僅影響著產品的生產效率與操作能耗，且通常作為產品加工的最后一道工序，對產品的最終質量起著重要的保證作用。因此，干燥操作的技

15、術水平將直接影響到生產企業(yè)的經濟效率與市場競爭力，譬如我國有許多的工業(yè)出口產品，單就純度而言，已經達到或超過了國外的同類產品，但只因干燥技術的落后，致使產品的粒度、色澤和堆積密度等物性指標偏低，從而在國際市場競爭中常處于劣勢，如白炭黑、輕質碳酸鈣等。為此近年來，國內的有關單位或部門正著力加大對干燥技術的研究力度，先后成立了各級干燥技術研究中心，組織召開了多屆干燥技術交流會，并取得了階段性的研究成果，目前已涌現(xiàn)出了一批專業(yè)的新型干燥設備生

16、產與制造廠商，進而有力推動了國內干燥技術由傳統(tǒng)的糧食、肥料、飼料、燃料、陶瓷、織物和礦物等生產領域向新興的生物化工、高分子材料、催化劑制造、印染、食品與制藥等高科技領域中的應用拓展，初步顯示出良好的發(fā)展勢頭和廣闊的應用前景。</p><p>　　干燥單元的重要性不僅在于它對產品生產過程的效率和總能耗有較大的影響，還在于它往往是生產過程的最后工序，操作的好壞直接影響產品質量，從而影響市場競爭能力和經濟效益。我國有許

17、多產品，就純度而言已經達到甚至超過國外產品；然而就是由于干燥技術不如國外技術，堆積密度、粒度、色澤等物性指標上不去。在國際市場競爭中處于劣勢，有的甚至售價僅為國外同種產品的1/3。目前我國某些大型石化干燥裝備還依賴進口。根據(jù)粗略估計，我國生產的干燥設備種類僅為國外30-40％。因此進行干燥技術研究的任務迫切。</p><p>　　第一屆全國干燥會議干1975年6月23日在南京召開，至今已經30余年了。30多年來，

18、我國干燥技術研究隊伍不斷壯大。目前我國從事干燥技術研究的大專院校、科研院所、研究單位大約有50多家，領域涉及化工、醫(yī)藥、染料、輕工、林業(yè)、食品、糧食、造紙、硅酸鹽、水產業(yè)、漁業(yè)等行業(yè)，全國共有設備制造廠600多家，已形成了一支強有力的干燥科研開發(fā)隊伍，廣泛開展干燥技術的基礎研究、工藝研究及工業(yè)化研究，使我國干燥技術研究正向世界水平邁進，某些技術領域達到了國際先進水平。30年來，中國對許多干燥技術實現(xiàn)了工業(yè)化。其中噴霧干燥機，旋轉快速干燥

19、機，振動流化床干燥機，蒸汽管(管壁導熱的)回轉干燥機，雙錐回轉真空干燥機，糧食干燥機等，均接近或達到國際先進水平，這對我們中國來說，是一個偉大的轉折。中國有許多干燥設備制造廠，他們制造的常用干燥設備，基本上滿足了國內市場的需要，并有個別機種出口到國外。</p><p>　　1.2.1.2 操作過程原理</p><p>　　物料的干燥過程一般可大致分為三個階段，物料預熱階段，恒速干燥階段，降

20、速預熱階段。物料預熱階段，顧名思義，就是將濕料進行預熱，在此同時也用一些濕的水分汽化；恒速干燥階段主要是將物料表面所有濕的水分汽化，而物料表面的溫度保持不變，使含水量降到一個程度；降速預熱階段主要是深入到物料內部，熱空氣主要是加熱物料，只有一小部分是汽化濕分，這時干燥率下降，直到含水率達到要求的范圍。</p><p>　　通常所了解的干燥就是將一個使物料脫水到一定程度，即將濕料變成干料的過程，看似非常簡單。然而事

21、實上考慮到不同物料的要求以及各種因素，這其實是個比較復雜的過程。從最基本的講，既然脫水，那么就要考慮采用哪種方式脫水，機械脫水即是其中一種。機械脫水又可以分為電滲析脫水、間斷式電滲析脫水、組合場能脫水以及輔以振動的微濾。這幾種方式雖然有的已經付諸于工程運作，但還有發(fā)揮的余地。在脫水的過程中溫度一定會升高，因為在干燥的過程中一般是不停通空氣的，它有個空氣加熱的過程，而水分不斷減少的話，物料便會越來越容易受熱，溫度就會隨之升高。在物料干燥的

22、過程中，隨著水分的散失，物料的溫度逐漸升高，在一定的溫度范圍內，這并不會有什么影響，但是當溫度升高一定程度時，就會對物料的干燥效果有影響，所以必須在干燥的過程中必須控制溫度的高低，使它在一定范圍內浮動。并且要保證物料的均勻，使物料的失水量也均勻，這樣就不會使得局部物料的溫度過高，而導致生產率下降。因此，從一方面來講，干燥有等溫干燥和變溫干燥兩種，在干燥過程中，并非僅僅等溫干燥就能解決問題的，等溫干燥會導致物料過熱，損傷產品質量，故采用變

23、溫干燥是必要的。變溫干燥有極</p><p>　　1.2.1.3 技術分類及典型設備</p><p>　　干燥技術及其設備發(fā)展到現(xiàn)在，已經經過了較長的階段。當前，干燥設備有好多種，按操作壓力可以分為常壓式和真空式兩類；按操作方式可分為間歇操作和連續(xù)操作兩類；按傳熱原理可分為傳導加熱式、對流加熱式、噴霧加熱式、輻射傳熱式和高頻加熱式等幾類；按加熱方式可分為直接加熱式和間接加熱式兩類；按構造可

24、以分為噴霧干燥器、流化床干燥器、氣流干燥器、槳式干燥器、箱式干燥器及旋轉閃蒸干燥器等。我們現(xiàn)在暫且將它籠統(tǒng)地分為傳統(tǒng)干燥器和新型干燥器兩方面。傳統(tǒng)干燥器的特點是穩(wěn)定的熱能輸入，恒定的氣流，熱單一輸入模式單一的干燥器，空氣燃氣作為干燥介質，常壓操作;而新型干燥器的特點是能量間歇輸入，變化的氣流，熱組合輸入模式，多級干燥器（每級可以用不同類型的干燥器），過熱蒸汽作為介質，低壓和高壓操作。從這兩個對比可以看出，新型干燥機已經可以適合各種形態(tài)的

25、物料生產，操作起來更靈活。當前，又發(fā)展了一些新類型的干燥器，如噴動床干燥器，沖擊流干燥器，轉筒干燥器，過熱蒸汽干燥器等等。噴動床干燥器，具有內部循環(huán)運動和在頂層自由運動的噴動，適宜大顆粒物料的干燥，同時也可以干燥漿糊狀的物料，對一些內部傳熱的顆粒，可以采用間歇噴動或對噴動的</p><p>　　從既定的分類來看，干燥形式主要可概括分為：噴霧干燥、閃蒸干燥、氣流干燥、流化床干燥、間接加熱干燥、真空干燥和真空冷凍干燥

26、等。其中低粘度液體，可采用噴霧干燥；粘性體濾餅、粒狀或粉狀物料可采用閃蒸干燥；非粘性體濾餅、粒狀或粉狀物可用氣流干燥。當然有時候，不同物料所適宜采用的干燥方式并不是規(guī)定的，這一般可根據(jù)經驗而定，同時還要視情況適當變動。以下簡要介紹幾種常見的干燥形式及設備。</p><p>　?。?）噴霧干燥機 噴霧干燥是干燥設備中進展最快的設備之一，常用的霧化方法為3種：旋轉式、壓力式及氣流式。旋轉霧化器的噴霧干燥的特點是單機

27、生產能力大（噴霧量可達200 t/h），進料量容易調節(jié)，操作彈性大，塔直徑大但高度小。目前，我國已掌握其設計方法，能夠提供10 t/h噴霧量的產品，且噴霧量45 t/h的也已試制出來了，其工業(yè)應用比較廣泛。壓力式霧化器的噴霧干燥特點可簡要概括如下：a)可以制造粗粒子。大生產能力時，可采用多個噴嘴，其霧化性能不變；b)噴嘴結構簡單，維修方便；c)由于噴嘴孔徑很小，易堵塞，故料液必須嚴格過濾。噴嘴孔易磨損，須用耐磨材料制造。此型噴嘴也是工業(yè)

28、應用比較廣泛的型式之一，目前我國已掌握其設計與制造技術，可以設計任意尺寸的裝置。此外，壓力式噴嘴還有一種新型結構，稱為壓力-氣流式噴嘴，其結構是中央為壓力噴嘴，周圍的環(huán)隙為氣流式噴嘴。該噴嘴的霧化過程可分為兩個階段，即壓力噴嘴首先形成液膜，然而此液膜再被第二次霧化，使霧滴更細。此型噴嘴的優(yōu)點是：a)調節(jié)壓縮空氣壓力，便可調節(jié)液滴直徑，操作簡單；b)大產量，高粘度的料液，也能夠霧化為細霧滴；c)如果停用壓縮空氣，原來的壓</p>

29、;<p>　　氣流式霧化器的噴霧干燥在工業(yè)上也較為常見。生產中某些料液，當采用前兩種霧化器都不能霧化時，采用氣流式噴嘴有可能將其霧化。這里介紹一種新結構的氣流式噴嘴——刀刃噴嘴，該噴嘴的中間是一個長條形的刀刃，在刀刃的左側，有一個液體通道和一個壓縮空氣通道，在右側，也有一個液體通道和一個壓縮空氣通道，液體在噴嘴出口處被霧化。由于有4個通道，也稱4流體噴嘴。此霧化器的特征是霧滴很細，分布又很窄(5-10 um)，是目前可提供

30、蒸發(fā)量200 kg/h以下的噴霧干燥裝置。由于氣流式噴嘴霧化用的動力消耗較大，約為前二者的5-8倍，故多用于實驗室及中間工廠。</p><p>　?。?）帶式干燥機 帶式干燥機是成批生產用的連續(xù)式干燥設備，用于透氣性較好的片狀、條狀、顆粒狀物料的干燥，對于脫水蔬菜、中藥飲片等類含水率高、而物料呈熱敏性的尤為合適。干燥機具有干燥速度快、蒸發(fā)強度高、產品質量好的優(yōu)點。對脫水濾餅類的膏狀物料，需經造粒或制成棒狀后亦可

31、干燥。此外，針對化工生產中有些物料含有機溶劑，干燥后需回收的特點，又開發(fā)出以傳導傳熱為主的帶式干燥機，可以連續(xù)生產并回收濕份。帶式干燥機主要有穿流氣流帶式干燥機和多層帶式干燥機，相應的生產廠家較多，有6-7個型號，廣泛用于化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)。設備的大型化開發(fā)是該類干燥機今后的主要任務，國外已見240 m的大型帶式干燥機，我國在這方面也已有一定的進展，目前已能制造出干燥面積大于100 m的大型帶式干燥機。</p><

32、;p>　?。?）廂式干燥機 廂式干燥器特別適用于多品種、小批量生產的場合。往往其他干燥器不能處理的物料，廂式干燥器都能處理。雖然廂式干燥是比較原始的設備，但對物料狀態(tài)廣泛的適應性決定它仍有很強的生命力，在可以預見的時期內，仍不會退出應用。目前廂式干燥器也有一定改進，廂內各點的溫度控制在±2 0C之內，而且?guī)礁稍锲髟谛袠I(yè)內部已形成了系列化。廂式干燥器的種類較多，特點各不相同。穿流式廂式干燥器不同于平行流式，其差別在于料

33、盤底部為金屬網。熱風通過金屬網穿過物料層，可大大提高傳熱傳質效率，但物料必需有一定的形狀以防漏料。真空廂式干燥器傳熱方式大多用間接加熱、輻射加熱、紅外加熱或感應加熱等。廂體密閉在減壓狀態(tài)下工作，以熱源和物料表面之間溫差計算的面積傳熱系數(shù)。真空廂式干燥的運轉時強制熱氣流均勻地穿過堆積的料層。一般物料以片狀、顆粒狀，短纖維狀為主。如細粉狀物料則應先擠制成形后方可使用。減壓后使?jié)穹址悬c降低，適用于熱敏性物料的干燥。廂式干燥器的生產廠家也較多，

34、國內即有熱風循環(huán)、藥用GMP烘箱和隧道式熱風烘廂，三類烘廂型號有20多種。</p><p>　?。?）回轉干燥機 帶水蒸氣加熱管的回轉圓筒干燥器這類干燥器是在普通回轉圓筒干燥器的基礎上發(fā)展起來的。在回轉殼體的內部，以同心圓方式排列2—4圈的加熱管，管內通入水蒸氣或其他熱載體，以熱傳導的方式加熱被干燥物料。在石油化工中，干燥聚乙烯及對苯二甲酸時已成功使用。當除掉的濕份為有機蒸汽時，采用氮氣閉路循環(huán)系統(tǒng)。熱量主要是

35、由加熱管供給，故屬于節(jié)能型的設備。過去，石油化工廠全部是進口。目前，我國已能制造此型設備，運轉性能良好。穿流回轉干燥器穿流回轉干燥器也稱旋轉通風式干燥器，按其結構特點和工作原理，稱之為臥式回轉流化床，亦可稱為回轉干燥機。它是回轉干燥機和流化床干燥機相結合的產物。水平安裝的長圓筒體壁上開有許多的孔，筒體內壁沿圓周等距離裝有許多抄板，抄板端部從入口側向出口側傾斜。抄板上也開有許多小孔。筒體上裝有滾輪，分別由支承托輪支承。電動機通過減速后由小

36、齒輪驅動大齒輪帶動簡體回轉，回轉筒體與物料進口端及出口端均設置密封結構。在回轉筒體外設有外殼，在外殼內沿著軸向設有隔板，它將干燥器隔成幾個獨立的加熱室。每個室有熱空氣進、出口，并在筒體與外殼間設有動密封，防止熱空氣未進筒體料層而短路。在外殼</p><p>　　（5）槳葉式干燥機 槳葉式干燥機早在20世紀70年代國內就有單位進行了開發(fā)，限于當時技術條件和所設計的熱軸結構過分復雜，因此中途停止。隨著我國的改革開放

37、，國外設備不斷引進，國內這方面資料的不斷增多，于是國內又有單位對其進行了開發(fā)，目前已形成系列化機型。槳葉式干燥機是一種以熱傳導為主的臥式攪拌型干燥機。因攪拌葉片形似船槳，故人稱槳葉式干燥機，國外也稱槽形干燥機或攪拌干燥機。槳葉式干燥機國外已經開發(fā)多年，目前這種機型以日本株式會社奈良機械制作所為代表，現(xiàn)已開發(fā)出雙軸和四軸兩種結構、10多個規(guī)格的系列產品。槳葉式干燥機是一種雙軸(或四軸)臥式攪拌干燥設備。最早由由前聯(lián)邦德國開發(fā)成功，之后日本

38、引進了該項技術，并進行了改進，開發(fā)了雙軸和四軸兩種結構、十多種規(guī)格的系列產品。該設備干燥所需熱量依靠熱傳導間接加熱，因此干燥過程不需或只需少量氣體以帶走濕分。這就極大地減少了被氣體帶走的這部分熱量損失，提高了熱量利用率，是一種節(jié)能型干燥設備。它適合顆粒狀及粉末物料的干燥，對膏狀物料也能進行干燥。我國近年有許多廠掌握了制造技術并已形成系列機型。</p><p>　?。?）盤式干燥機 20世紀80年代初期，由上海市

39、化工裝備所開始開發(fā)此項技術，近幾年國內多家干燥企業(yè)開始開發(fā)此類產品，到目前已基本成熟，用于化工、醫(yī)藥、食品等干燥。規(guī)格有近20種。</p><p>　?。?）管束干燥機 該類干燥機的熱效率高，總傳熱效率可達80％-90％，特別適用于干燥溫度在150 ℃以下的物料。國外較有代表性的如日本大川原化機株式會社，國內生產廠家比較多，主要用于槽渣和礦物的干燥，型號約5～6種。</p><p>　　

40、（8）直接換熱回轉圓筒干燥機 直接換熱回轉圓筒干燥機是最古老的干燥設備之一，可分為普通回轉圓筒干燥機、自清理回轉圓筒干燥機、打散回轉圓筒干燥機、穿流回轉圓筒干燥機等，經過對轉圓內抄板形式進行改進，使其具有了更廣闊的應用空間，廣泛用于化工、建材、飼料和冶金等領域，型號接近20種。</p><p>　?。?）蒸汽干燥機 蒸汽干燥機屬間接傳熱式干燥機，與普通回轉干燥機的差別在于在筒內安裝有貫穿于整個干燥機的蒸汽加熱

41、管，適用于大批量、連續(xù)干燥的物料，廣泛應用于化工、石化、冶金、飼料、環(huán)保等行業(yè)。該干燥機用于PTA干燥，即是我國重大干燥裝備國產化的一個項目。</p><p>　　工業(yè)上常見的干燥機還有冷凍干燥機、真空干燥機、微波干燥機及組合干燥機等，各有優(yōu)缺點。其中，組合干燥更容易節(jié)約能源和保證產品質量，操作更靈活，因此被廣泛應用。常用的組合干燥有氣流-流化床干燥系統(tǒng)、轉筒-振動流化床干燥系統(tǒng)、雙級氣流干燥系統(tǒng)、槳葉-閃蒸干燥

42、系統(tǒng)、噴霧-帶式干燥系統(tǒng)等十幾種組合干燥方式。除了以上類型的干燥機外，人們標新立異，又發(fā)明了很多新奇的干燥方式，比如說表面燃燒干燥，聲干燥等。</p><p>　　總之，各種干燥形式所對應的干燥設備所需的物料形式并不相同，如果混合使用可能會讓出產率降低，嚴重的可能損壞設備。而且多種干燥設備的混合使用，會造成資源、資金的浪費。為此，我們可以努力提高設備的通用性，使得一種規(guī)格的干燥機可以適用于不同類型的原材料和不同的

43、干燥方式，同時降低生產設備所需的基本成本，提高設備的利用率。提高設備的通用性也是我國在科研及生產中所需解決的一個問題。機電一體化、制造加工標準化、提高調控水平等成了干燥設備研究發(fā)展的方向。與物料類型不同，干燥形式不一樣，干燥過程中所發(fā)生的變化也不一樣，這在生產加工中應引起注意，宜選擇合適的干燥形式及干燥設備。當然，干燥技術的發(fā)展不僅與干燥形式和干燥設備的結構有關，同樣與干燥的理論水平，材料選用以及加工制造的方法都有很大的關系。</

44、p><p>　　1.2.2 氣流流化干燥</p><p>　　氣流流化干燥是指利用高速熱氣流，使泥狀、粉粒狀或塊狀物料懸浮于氣流中，一邊在流化床中隨氣流翻滾，一邊進行干燥的操作技術。作為工程優(yōu)勢最為顯著的高效干燥技術之一，氣流流化床干燥在工業(yè)生產中的應用正日趨廣泛，已漸成為諸多產品生產的主要干燥方法，對應的干燥生產設備稱為氣流流化干燥機。簡言之，氣流流化干燥機是將濕態(tài)時為泥狀，粉粒狀或塊狀的物

45、料首先于熱氣流中分散，然后在流化床中隨氣流翻滾，同時進行干燥的操作設備。氣流流化床干燥過程屬于對流傳熱操作類型，因物料處于懸浮狀態(tài)，故氣固兩相可充分接觸，從而可強化熱質傳遞過程，即操作的熱效率高、效果好、干燥強度大，較適于一些難處理物料的批量處理，如膏狀物料等。目前，圓筒型氣流流化床干燥機已廣泛應用于化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)生產中。</p><p>　　1.2.2.1 過程工藝與影響因素</p>&l

46、t;p>　　氣流干燥機主要是通過熱空氣與物料表面的直接接觸，從而在短時間內達到干燥效果的一種裝置。它具有干燥強度大，干燥時間短，熱效率高，處理量大，應用廣泛，設備簡單以及操作容易的優(yōu)點，尤其在氣流干燥過程中，物料升溫不高，一般不存在過熱等問題；并且營養(yǎng)物質損失量低，因而非常適合一些熱敏性產品的干燥加工。然而該類型干燥機即便有這么多優(yōu)點，氣流干燥機還是有它的局限性所在的，比如說它對潔凈的要求比較高，除塵能力要強，因為其中的流體阻力大

47、；又如它的干燥管的長度較長，所以它對干燥廠房的要求也比較高等。同時氣流干燥中牽扯到一個湍流流動的問題，我們需要非常注意。我們知道，湍流是一種非常復雜的非穩(wěn)態(tài)流動，在湍流過程中，流體的各種物理因素，如速度，溫度，壓力等都隨時間和空間隨機變化，因此給研究和生產帶來了一點困擾。</p><p>　　影響氣流干燥機性能的主要操作參數(shù)有熱風強度，熱風量，還有物料的喂入量等，提高熱風的溫度能夠提高提高降水幅度和干燥強度；物料

48、的喂入量增大，降水幅度下降；不同風量區(qū)對干燥機性能影響不同。不同干燥機類型對這些操作參數(shù)的要求也不一樣。氣流干燥是一種極其快速的干燥方式，傳統(tǒng)氣流干燥機的干燥時間一般不超過10 s，除此以外還具有與物料輸送和結合的優(yōu)點。氣流干燥在如此短的時間之內完成，主要取決于兩個因素：a)物料粒徑小，且高度分散，接觸面積大；b)脫除的水分一般是表面水。反過來說，大顆粒物料，以及含有難脫除的微孔水或結合水的物料通常不宜采用氣流干燥。氣流干燥過程中氣體與

49、顆粒間的相對速度基本上等于有stocks定律決定的沉降速度。從傳遞的觀點來看，并不是很有限的，物料停留時間也限制了它的應用。因此，氣流干燥的改進就主要集中在兩個方面: a)提高傳遞速度；b)增加停留時間。</p><p>　　總的來說，對于氣流流化干燥機工藝，射流沖擊噴嘴的結構、外形尺寸、噴嘴高度、噴嘴間距以及噴嘴排列形式、氣流沖擊的輻射距離等是氣體射流沖擊物料時影響傳熱傳質的主要結構因素，而氣流的沖擊速度及氣體

50、的狀態(tài)參數(shù)則是影響其傳熱傳質的工藝因素。概括來講，影響氣流干燥器干燥效果的因素主要有以下幾點:</p><p>　　(1)熱風溫度 對整個熱風干燥過程來說，熱風溫度不僅決定著整個干燥過程的干燥速度，而且對產品的最終干燥質量也有著很大的影響。沖擊氣流溫度高時，單位熱耗低，汽化強度高，但溫度過高易發(fā)生“灼傷”物料的現(xiàn)象；溫度過低，又會使干燥時間過長而耗費能源。</p><p>　　(2)氣流

51、流速 氣流流化床干燥技術的特點之一是從噴嘴噴出的氣流具有較高的速度（與常規(guī)熱風干燥技術相比）。當高速氣流近距離沖擊物料時，就會在物料表面產生非常薄的氣體邊界層，因而具有較高的傳熱系數(shù)。噴嘴出口氣流速度對汽化強度的影響總體不大，但汽化強度隨噴嘴出口氣流速度增加而呈微弱增加的趨勢。</p><p>　　(3)干燥時間 干燥時間與熱風溫度密切相關。干燥初期，物料的含水量較高，如果將干燥時間控制在極短的時間內，那么熱

52、風溫度即使很高也不會損傷物料；反之，如果干燥時間很長，那么即使熱風溫度較低，物料也可能受損傷，造成品質發(fā)生較大的變化。干燥時間的長短直接影響著干燥產品的最終品質以及整個干燥過程的能源消耗。</p><p>　　(4)噴嘴結構 噴嘴從開孔的幾何形狀上可分為圓形和條形兩大類。氣流入口和出口的幾何形狀有平滑過渡和非平滑過渡兩種；噴嘴有入口與出口直徑一致的長管式噴嘴和直接沖孔或鉆孔的噴嘴兩種。圓形噴嘴與條形噴嘴的應用領

53、域和應用目的各不相同，但從傳熱系數(shù)來看，在開孔率相同時（1%～4%），矩陣排列的圓形噴嘴的傳熱系數(shù)要比矩陣排列的條形噴嘴高50%～100%。</p><p>　　(5)噴嘴直徑 顆粒物料受到加熱氣流的沖擊作用后，在一定力的作用下會使物料產生類似流化狀態(tài)的運動，而物料的運動就是干燥與加熱的過程。物料的運動不僅使其保持了氣體射流沖擊技術高傳熱系數(shù)的特點，而且還消除了傳熱不均的弊病。以圓形噴嘴為例，噴嘴直徑D 越大，

54、物料在氣流沖擊作用下產生流態(tài)化狀態(tài)所需的噴嘴出口風速就越低，但物料流化時的風量比也隨噴嘴直徑的增加而增加.</p><p>　　(6)噴嘴間距 噴嘴間距是多個噴嘴排列時的一個重要計算指標。因為當氣流從噴嘴噴出時，噴出氣流將不斷與周圍介質發(fā)生質量和動量的交換，帶動周圍介質流動，使噴射出的流體質量增加動量降低，并隨著氣流噴射距離的增加，流體的橫斷面不斷增加。這種現(xiàn)象在噴射沖擊中稱為挾帶。由氣流噴射的特征知，挾帶的主

55、要影響因素是噴嘴出口的直徑、兩噴嘴間距和噴嘴高度。</p><p>　　(7)噴嘴高度 噴嘴高度是指氣流噴射時的氣流出口沿噴嘴方向到滾筒最底端的距離。噴嘴高度不僅直接影響風量比的變化，而且還對隨流化程度變化的風量比有著一定的間接影響。此外，噴嘴高度還會對滾筒的填充率有一定的影響。</p><p>　　(8)噴嘴傾角 由于滾筒的轉動，使得整體物料表面與水平面之間存在著一定的物料傾角β。滾

56、筒轉速不同，β值也不同。對噴嘴傾角θ 的定義為：3排噴管中中間一排噴管與鉛垂方向所夾的角度。對不同的物料傾角取不同的噴嘴傾角時，干燥效果也會有所不同。</p><p>　　以上是影響氣流干燥機的主要因素，干燥設備與技術先進與否將直接影響企業(yè)的經濟效益及產品的競爭力。近年來國內的干燥技術與設備的發(fā)展速度是異常迅猛的，但在開發(fā)、設計和使用等方面還存在著一定的問題，它們危害是不容忽視的。在開發(fā)和設計中，我國目前眾多的干

57、燥設備的設計和研制大多是對國外先進技術與設備的消化吸收的基礎上完成的，這之中就存在這消化吸收不徹底的情況。于是，在設備的生產、設計中就存在著不少的問題：許多設備的設計大都采用模擬設計或相似設計的方法，通常是繪制樣機，然后對各部分進行比例放大或縮小，部分結構進行消弱或加強或略有改進，以適應自己的生產條件或能力。這樣的設計具有一定的盲目性和風險性，其效果只有在樣機生產出來以后進行實驗才能知道，很難預知產品結構是否合理，總體參數(shù)、各零部件參數(shù)

58、一級作業(yè)參數(shù)選擇是否合理、是否達到最佳。在生產單位中，干燥設備一般都屬于大型設備，這樣以來，對資金是極大的浪費。在干燥設備的使用方面，存在著很大的盲目性和被動性。干燥設備所需配套不見特別多，這些部件的結構形式，作業(yè)參數(shù)等均對干燥質量造成一定的影響。安裝用戶若缺乏理論上的了解，就不能對操作系數(shù)進行調整，而對于使用單位</p><p>　　1.2.2.2 氣流流化干燥類型</p><p>　　

59、氣流干燥機有很多種，現(xiàn)在簡要介紹幾種：a）環(huán)形噴射氣流干燥機。該裝置由干燥段，輸送段，循環(huán)段，分級室組成，濕粉狀或濾餅狀物料由螺旋輸送器輸入,泥漿或液態(tài)類由高精度泥漿泵輸入，未干燥完全的物料可以再次通過循環(huán)段進入干燥室干燥。物料的含水量越高，干燥時間越短。比如蒸發(fā)98%的水只需要0.1s，剩余水的蒸發(fā)時間較長。該裝置高溫高壓的氣流噴嘴可以實現(xiàn)瞬時氣流干燥，干燥效率高，可用于泥狀物的干燥。而且產品溫度幾乎不升高，所以可干燥熱敏性物料和低熔

60、點物料。b）帶式穿流干燥機。該裝置由若干單組成，每一單元熱風獨立循環(huán)，部分尾氣由專門的排濕口排出，熱氣的傳輸過程中可以帶走物料表面的水分。該裝置的速度可以根據(jù)物料的濕度自行調節(jié)，操作非常方便。c）脈沖氣流干燥機。使用高速熱氣流使得物料懸浮在其中，通過熱交換達到使物料水分散失的目的，這種裝置的優(yōu)點是運轉速度快，效率高，缺點是流動阻力大，動力耗能也大。</p><p>　　流化干燥可以節(jié)約能耗，并且可以干燥大量不同類

61、型的物料。由于流化干燥是一種典型的流態(tài)化操作過程，屬于流態(tài)化技術范疇。所謂流態(tài)化技術即是指利用流動流體的作用，促使大量固體顆粒懸浮于流體介質中，從而使得固體顆粒呈現(xiàn)出類似于流體的某些表觀特性的過程操作。因此，圍繞著設備內部物料的更好流化，目前該類干燥機設計有多種機型，總體有如下幾種：a)帶攪拌流化床干燥器。該裝置由干燥器、排風機、旋風分離器、攪拌器、粗細顆粒分級用空氣、空氣加熱器、過濾機、鼓風機組成，該裝置可以防止因流化不良導致死床。b

62、）內熱式流化床干燥器。跟一般的干燥器相比，也就是在裝置里面加入了換熱器或旋轉式換熱器，它通過換熱提供大部分的熱量，而不是通過輸入熱風的方式。這樣起到節(jié)能的作用，在崇尚環(huán)保的當今社會里比較適用。c）旋轉高速干燥機。它相當于帶攪拌的錐形流化床，它主要是由加熱器、流化床、內熱管、旋轉分離器、加料器、風機組成，它其中壁層分布著空氣冷卻夾套，防止?jié)窳线^熱，它的主要部位呈錐形，上部速度小，下部速度大，可以使?jié)窳狭髁烤鶆?，而且它可以控制粗細粒度均勻?/p>

63、布。它的攪拌裝置可以使周圍溫度適中，不至于過冷或過熱。該裝置體積小，生產能力</p><p>　　1.2.3 CFD理論及其應用軟件</p><p>　　1.2.3.1 CFD技術方法</p><p>　　近年來，隨著計算機性能與技術的飛速發(fā)展，人們開始采用高速計算機，結合先進的流體力學模擬技術在工業(yè)設計中的成功應用，很大程度上要得益于計算流體力學CFD方法的建立與

64、發(fā)展，后者既是流體力學理論中一個重要的研究分支，同時也是我們研究和了解復雜流體現(xiàn)象的一種有效手段。具體地說，CFD是一門對工程中流體流動、傳熱、燃燒、化學反應、多相流等進行數(shù)值預測和工程模擬的研究技術。在相關的CFD軟件中，只要我們輸入描述過程現(xiàn)象的數(shù)學模型，然后依據(jù)現(xiàn)有的計算數(shù)學理論進行求解，求解值即為對于實際實驗的預測結果。因此，利用CFD軟件，研究者可通過調整模型中的變量，在較短時間內搜索得到最優(yōu)的實驗預測結果，從而確定出模型變量

65、的最佳取值。</p><p>　　CFD是在計算機上求解描述流體運動、傳熱和傳質的偏微分方程組，并且對上述現(xiàn)象進行過程模擬。CFD可用來進行流體動力學的基礎研究，復雜流動結構的工程設計，了解在燃燒過程中的化學反應，分析實驗結果等。其主要優(yōu)點是能以較少的費用和較短的時間獲得大量有價值的研究結果，對投資大、周期長、難度高的實驗研究來說，CFD的有點就更為突出。因此，將CFD與工程研究相結合，不僅有助于工程設計的改進，

66、而且能減少實驗的工作量?？梢哉f，CFD是一種有效和經濟的研究手段。換言之，CFD是一種可以通過計算機生成數(shù)值計算和圖像顯示的技術。它是把一些在空間和時間上連續(xù)的物理量的場用一些離散點的變量集合來代替，通過一定的方式來建立關于這些離散點的代數(shù)方程式，然后求解方程式得出這些變量集合，從而得出場的近似值的過程。CFD數(shù)值模擬可以看作是在質量守恒方程，能量守恒方程等諸如這種平衡方程的控制下對流動的模擬，在氣流干燥方面，就是對氣流和物料流動的數(shù)值

67、模擬。數(shù)值模擬已經成了工程中許多領域的一種較為先進的研究方法。簡言之，CFD方法是近代流體力學、計算數(shù)學和計算機科學結合的產物, 是利用高速計算機求解控制流體流動的偏微分方程組，</p><p>　　N-S方程組是流體流動所需遵守的普遍規(guī)律，可精確描述了自然界流體流動現(xiàn)象。但由于絕大多數(shù)工程上流體都屬于高度非線性的，無法通過求解此微分方程得到解析解。隨著計算科學工程(Computational Science a

68、nd Engineering，簡稱CSE)的日益發(fā)展，人們試圖通過數(shù)值方法直接求解各種控制方程，工業(yè)也要求用數(shù)值模擬手段解決各種設備及過程的設計與模擬，從而形成和發(fā)展了計算流體力學這一學科分支。</p><p>　　將CFD用于化工過程的建模、化學反應器和結晶器的設計與放大是現(xiàn)代高科技與傳統(tǒng)科學相結合的典范。CFD 摒棄傳統(tǒng)化工過程的建模方式，用詳盡、真實和生動再現(xiàn)的方式來描述化工過程，因而被稱之為“虛擬真實”(

69、virtual reality)之法。此應用因其可靠、經濟和快速，已引起學術界和工業(yè)界廣泛重視并成為世界化工新興前沿領域。</p><p>　　計算流體力學和相關的計算傳熱學、計算燃燒學的原理是用數(shù)值方法求解非線性聯(lián)立的質量、能量、組分、動量和自定義的標量的微分方程組。經過近幾十年的發(fā)展，計算流體力學日益成熟，一個主要的標志就是各種CFD通用商務軟件陸續(xù)出現(xiàn)，專門用來進行流場分析、流場計算、流場預測。除了應用于航

70、空、航天、船舶、水利方面外，應用的范圍逐步擴大到化工、冶金、建筑、環(huán)境、食品等相關領域。通過CFD軟件，可以分析、顯示流場中的現(xiàn)象，在較短時間內預測其性能，并通過改變各種參數(shù)，達到最佳設計效果。CFD的數(shù)值模擬，能使我們更加深刻地理解問題產生的機理，為實驗提供指導，節(jié)省實驗所需的人力、物力和時間，并對實驗結果的整理和規(guī)律的得出起到很好的指導作用，是十分有利的。</p><p>　　計算數(shù)學中，將具體的流場控制方程

71、分為3類：橢圓型、拋物型和雙曲型方程。橢圓型方程與時間變量無關，僅與空間變量的二次導數(shù)項有關，一般用作描述定常情況的控制方程。拋物型與雙曲型方程不僅與空間變量導數(shù)項有關，而且與時間變量的一階和二階導數(shù)項有關，被用作描述非定常情況下的控制方程。求解偏微分方程的數(shù)值方法主要分為有限差分法、有限元法及有限體積法3種。他們中的任意一種都可以用來求解偏微分方程，但求解的精度不一樣。對這3種不同類型方程數(shù)學上已經發(fā)展出不同的穩(wěn)定、收斂的算法。一般，

72、對于橢圓型方程使用有限元法、對于拋物型和雙曲型方程則使用有限體積法。</p><p>　　就研究歷史來看，CFD是20世紀60年代伴隨著計算機和數(shù)值算法的進步而迅速崛起的新興技術。由于受到當時計算機硬件和計算費用的制約，早期CFD只在核工業(yè)和航空領域中應用，主要用于解決計算流體力學中一些基本的理論問題，如模型方程（湍流、流變、傳熱、輻射、氣體-顆粒作用、化學反應、燃燒等）、數(shù)值方法（差分格式、代數(shù)方程求解等）、網

73、格劃分、程序編寫與實現(xiàn)等，同時也初步涉及網格變換等問題。其中，Patankar等學者發(fā)表的用于描述外部繞流問題的拋物線偏微分方程P-S法，以及解決內流問題的SIMPLE算法等，都是當時具有代表性的研究成果。到了70年代中后期，隨著數(shù)值預測、原理和方法的不斷完善，學者們已開始探討CFD在解決實際工程問題中的可行性、可靠性和工業(yè)推廣等課題，研究也逐漸向氣固、液固多相流、化學反應流、非牛頓流、化學反應流、煤粉燃燒等諸多復雜流動問題中拓展。到了

74、80年代初期，CFD已成功運用于汽車制造業(yè)和化學工業(yè)等領域，但此時工業(yè)界對于CFD技術的應用前景并未明朗，仍普遍處于觀望階段，缺乏必要和足夠的研發(fā)熱情。為此，CHAM公司和Patankar等學者在發(fā)達國家的工業(yè)界開展了大量艱苦的推介工</p><p>　　1.2.3.2 CFD計算特點</p><p>　　CFD這種方式的優(yōu)點是：能合理配置資源，有很大的靈活性、不受物理模型的限制，能模擬任

75、何數(shù)值，甚至能模擬特殊狀態(tài)下的真實條件，而實驗有時并不能制造如此特殊的環(huán)境；它能提高一定的實驗效率；并且經過一定處理后就可以使得結果可視化，我們可以很直觀地通過數(shù)字和圖像觀察到是否適宜采用所實驗的技術或器材，不需要像實際生產那樣。通過實際生產或實驗，有時可能會導致原材料及資源的浪費，造成不必要的損失，然后可能還看不到預測的結果。CFD彌補了這一缺陷。</p><p>　　而且采用CFD技術，克服了模型試驗中的耗人

76、力物力以及實驗中模型尺寸、流場干擾等自身條件的限制，能夠形象地再現(xiàn)流動情景，將結果顯示在計算機上，并且能夠節(jié)約很大的成本，做到了節(jié)能減排，是一種越來越流行的實驗技術。</p><p>　　如果CFD的計算解中基本上含有了流動中的所有重要的物理性質，那么CFD技術(計算機程序本身)就象一個儀器，可以用來進行數(shù)字化實驗，幫助理解流動的基本性質。這些數(shù)字化實驗都是對于真實實驗的直接模擬。然而如此先進的技術，還是具有一定

77、的自身局限性。</p><p>　　如果該物理過程在所研究問題公式化的過程中，并沒有被正確地涵蓋進去，那么CFD技術是不能重現(xiàn)這種現(xiàn)象的。其中最重要的例子就是湍流現(xiàn)象。目前大多數(shù)湍流問題的CFD的解所包含的湍流模型或是真實物理現(xiàn)象的近似，或者是依賴于湍流模型中各種常數(shù)的經驗數(shù)據(jù)。因此，雖然對于一些情況的某些計算是合理的，但是所有湍流流動的CFD解仍被準確性的問題所困擾。另一個例子就是化學反應流動的計算。由于化學反

78、應動力學速率的機理以及反應常數(shù)經常是非常不準確的，所以所有這種情況下的CFD解都會被這種不確定性所影響。</p><p>　　因此從這幾方面來看，CFD還存在著一定的瑕疵，但人無完人，更何況是這種技術，我們需要在更多的學習中努力鉆研開發(fā)，使這種技術臻于完善。</p><p>　　1.2.3.3 經典商業(yè)化軟件</p><p>　　近年來，隨著計算機軟硬件技術的不斷提

79、高，以及數(shù)值算法的日臻完善，出現(xiàn)了不少優(yōu)秀的CFD商業(yè)化軟件，這使得學者們可以從算法、編程等一些繁瑣的研究工作或問題中解脫出來，以便更加專注地研究流體流動的本質、初邊界條件以及計算結果的合理性等關鍵性問題。此外，運用CFD模擬還可有效地避免實際試驗的高成本等問題，且方便合理地配置操作環(huán)境，進而使目的流場充分均勻，同時結果也具可視化的特性。</p><p>　　在使用CFD軟件時，選擇合適的邊界條件對準確反映流動性

80、質至關重要, 準確合理的邊界條件是使CFD計算解正確的必要條件。目前 比 較 好的CFD軟件有：Fluent、CFX、Phoenics、Star-CD，除FLUENT是美國公司的軟件外，其它二個都是英國公司的產品。</p><p>　　FLUENT是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包，在眾多的CFD商業(yè)化軟件中，總部設在美國的FLUENT公司推出的FLUENT軟件應屬佼佼者。據(jù)文獻報道，在全球眾多的CFD研究與

81、開發(fā)商中，F(xiàn)LUENT公司乃最大的廠商之一，其推出的FLUENT軟件約占該類市場總額的40%，在美國的市場占有率更達60%。凡是和流體，熱傳遞及化學反應等有關的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進的數(shù)值方法以及強大的前后處理功能，在航空航天、汽車設計、石油天然氣、渦輪機設計等方面都有著廣泛的應用。其在石油天然氣工業(yè)上的應用包括:燃燒、井下分析、噴射控制、環(huán)境分析、油氣消散/聚積、多相流、管道流動等等。FLUENT軟件采用不同的離散格

82、式和數(shù)值方法，以期在特定的領域內使計算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達到最佳組合，從而高效率地解決各個領域的復雜流動計算問題。迄今為止，許多用戶使用FLUENT對流動和傳熱進行了模擬計算。</p><p>　　CFX是由英國AEA公司開發(fā)，是一種實用流體過程分析工具，其優(yōu)勢在于處理流動物理現(xiàn)象簡單而幾何形狀復雜的問題。適用于直角/柱面/旋轉坐標系，穩(wěn)態(tài)/非穩(wěn)態(tài)流動，瞬態(tài)/滑移網格，不可壓縮/弱可壓縮/可壓縮流體，浮力流

83、，多相流，非牛頓流體，化學反應，燃燒，NOX生成，輻射，多孔介質及混合傳熱過程。CFX采用有限元法，自動時間步長控制，SIMPLE算法，代數(shù)多網格、1000 Line, Stone和Block Stone解法。能有效、精確地表達復雜幾何形狀，任意連接模塊即可構造所需的幾何圖形。CFX的多相流模型可用于分析工業(yè)生產中出現(xiàn)的各種流動。包括單體顆粒運動模型，連續(xù)相及分散相的多相流模型和自由表面的流動模型。</p><p&g

84、t;　　PHOENICS是英國CHAM公司開發(fā)的模擬傳熱、流動、反應、燃燒過程的通用CFD軟件，世界上第一個投放市場的CFD軟件。網格系統(tǒng)包括:直角、圓柱、曲面(包括非正交和運動網格，但在其VR環(huán)境不可以)、多重網格、精密網格?？梢詫θS穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)的可壓縮流或不可壓縮流進行模擬，包括非牛頓流體、多孔介質中的流動，并且可以考慮粘度、密度、溫度變化的影響。</p><p>　　另一個CFD軟件STAR-CD的創(chuàng)始人

85、與Phoenics的創(chuàng)始人Spalding都是英國倫敦大學同一教研室的教授，他們的軟件的核心算法大同小異。這一軟件在世界汽車工業(yè)中應用非常廣泛1161，用來分析汽油機、柴油機中的流動與傳熱問題。</p><p>　　1.2.3.4 FLUENT軟件平臺</p><p>　　如前所述，比較專業(yè)化的CFD分析軟件主要有FLUENT，PHOENICS，STAR-CD，CFX，ANSYS等。這些軟

86、件各具優(yōu)點，但總的說來FLUENT是最為專業(yè)化的，也是功能最為強大的CFD分析軟件。在全球眾多的CFD軟件研究開發(fā)商中，F(xiàn)LUENT軟件獨占40%以上的市場份額，具有絕對的市場優(yōu)勢。Fluent是CFD軟件的一種。它是第一個交互式的、用戶界面友好的商用CFD軟件，第一個引入雷諾應力湍流模型作為標準的特征，第一個基于完全非結構化網格的商用CFD軟件，第一個提供標準并行處理能力的軟件，第一個提供處理任意邊界變形的變形網格能力的軟件。<

87、/p><p>　　FLUENT是用于模擬具有復雜外形的流體流動以及熱傳導的計算機程序。它提供了完全的網格靈活性，人們可以使用非結構網格，例如二維三角形或四邊形網格、三維四面體/六面體/金字塔形網格來解決具有復雜外形的流動。甚至可以用混合型非結構網格。它允許人們根據(jù)解的具體情況對網格進行修改（細化/粗化）。</p><p>　　對于大梯度區(qū)域，如自由剪切層和邊界層，為了非常準確的預測流動，自適應

88、網格是非常有用的。與結構網格和塊結構網格相比，這一特點很明顯地減少了產生“好”網格所需要的時間。對于給定精度，解適應細化方法使網格細化方法變得很簡單，并且減少了計算量。其原因在于：網格細化僅限于那些需要更多網格的解域。</p><p>　　FLUENT是利用C語言編寫的，因此具有很大的靈活性與能力。因此，動態(tài)內存分配，高效數(shù)據(jù)結構，靈活的解控制都是可能的。除此之外，為了高效的執(zhí)行，交互的控制，以及靈活的適應各種機

89、器與操作系統(tǒng)，F(xiàn)LUENT使用client/server結構，因此它允許同時在用戶桌面工作站和強有力的服務器上分離地運行程序。</p><p>　　在FLUENT中，解的計算與顯示可以通過交互界面，菜單界面來完成。用戶界面是通過Scheme語言及LISP dialect寫就的。高級用戶可以通過寫菜單宏及菜單函數(shù)自定義及優(yōu)化界面。</p><p>　　完整的FLUENT程序包括：(1) FL

90、UENT解算器。用于進行流動模擬計算；(2)Pre PDF。用于模擬PDF燃燒過程的程序；(3) GAMBIT。用于建立幾何結構及網格生成的預處理程序；(4)TGrid?？蓮募河羞吔缇W格中生成體網格的附加前處理程序；(5)Filters (Translators)。用于轉換其它程序生成的網格，導入FLUENT進行計算。在利用FLUENT軟件進行流體流動模擬計算時，先利用GAMBIT進行流動區(qū)域幾何形狀的構建、邊界類型以及網格的生成，并輸

91、出用于FLUENT求解器計算的格式，然后應用FLUENT求解器對流動區(qū)域進行求解計算，并進行計算結果的后處理。</p><p>　　Fluent軟件的主要特征表現(xiàn)在六大方面。如下：</p><p>　?。?）強大的網格支持能力 支持界面不連續(xù)的網格、混合網格、變形網格以及滑動網格等。它擁有多種基于解的網格自適應技術以及網格動態(tài)自適應技術，對于捕捉非常復雜的物理現(xiàn)象是非常有利的。</

92、p><p>　?。?）獨一無二的動網格技術 主要解決邊界運動的問題，用戶只需指定初始網格和運動壁面的邊界條件，余下的網格變化完全由解算器自動生成。這種技術可廣泛應用于非結構網格、變形較大問題以及物體運動規(guī)律事先不知道而完全由流動所產生的力所決定的問題。</p><p>　?。?）先進的數(shù)值解法 包含三種算法：非耦合隱式算法、耦合顯式算法和耦合隱式算法。從而使FLUENT軟件適用于低速不可壓

93、流動、跨聲速流動乃至壓縮性強的超聲速和高超聲速流動。</p><p>　　（4）博采眾長的物理模型功能 使用戶能夠精確地模擬無粘流、層流、湍流、傳熱和傳質、多孔介質、化學反應、顆粒運動、多相流、自由表面流、相變流等復雜的流動現(xiàn)象。</p><p>　　（5）高效率的并行計算功能 提供多種自動分區(qū)算法；內置的MPI并行機制可以大幅度提高分布式并行效率。另外，F(xiàn)LUENT還具有動態(tài)負載平衡

94、功能，當并行計算的CPU 負載不平衡時可自動調整分區(qū)以確保全局高效率并行計算。</p><p>　?。?）強有力的圖形后處理功能 可以以動畫、圖形、曲線以及具體數(shù)字報告的方式對計算結果進行方便地處理，而且還有專門針對旋轉機械的后處理功能。FLUENT還可以將計算結果導出至ANSYS、NASTRAN、PATRAN、Fieldview、Tecplot等軟件。</p><p>　　利用FLUE

95、NT軟件可以對無法進行實驗測量或雖能進行實驗測量，但無法準確測量其全部數(shù)據(jù)的化工操作單元的流場進行數(shù)值模擬,從而進一步明確設備的流場分布及其影響因素,為設計提供參考。此外,利用FLUENT軟件進行新品研發(fā)或工業(yè)放大則可以部分取代實驗測量,縮短研發(fā)周期,提高經濟效益。但必須注意的是,由于流體動力學的基本理論尚不完善,模擬計算時有些邊界條件和初值不十分準確,因此,計算流體動力學并不能完全取代實驗測量,模擬所得的最終計算結果必須經過實驗數(shù)據(jù)的

96、直接或間接驗證方可利用。</p><p>　　Fluent軟件的應用領域主要包括：航天航空、汽車設計、船舶、生物制藥、化學處理、石油天然氣、發(fā)電系統(tǒng)、電子半導體、渦輪機械、HVAC、玻璃加工、家用電器、食品、材料、冶金、核能、聚合化加工、體育、消費品、環(huán)境等。</p><p>　　可見，CFD模擬計算已成為現(xiàn)代工業(yè)設計中快捷高效的科學研究手段，可為諸如氣流流化床的結構優(yōu)化提供強大的計算功能

97、。</p><p>　　第1.3節(jié) 課題的研究重點</p><p>　　圍繞著圓錐型氣流流化床干燥機的結構優(yōu)化，利用CFD的相關商用軟件，主要開展了以下幾方面的研究工作，即</p><p>　　（1）構建氣流干燥機的CFD計算網格模型；</p><p>　?。?）確定流場模擬的優(yōu)化指標及計算初邊界條件；</p><p>

98、;　?。?）結合均勻設計的實驗安排法，開展設備結構與尺寸的優(yōu)化考察。</p><p>　　第2章 流場模擬與流化床的結構優(yōu)化</p><p>　　第2.1節(jié) 氣流流化床干燥機結構</p><p>　　圖2-1示意了一類圓錐型氣流流化床干燥機，其流化室上、下均為錐型結構，中部為圓筒狀。由于圓錐型氣流流化床的主體呈錐狀，有助于床內物料的湍動和流化，故較好地適于高黏性物

99、料的干燥處理。如圖2-1所示，標注尺寸D和d分別是指流化室的中部圓筒直徑和上、下接口的直徑，h為中部圓筒的高度，a和β分別代表流化室上、下錐形體的錐角大小。</p><p>　　在流化操作中，氣相的流動勢必會導致相應的阻力損失，常稱為風動力損耗。從節(jié)省能耗的角度考慮，通常希望流化任務一定的工況下，操作的風動力損耗越小越好。當風速或風量一定時，為使得風動力損耗降至最低，則應對流化室的結構進行科學地設計，即流化室的各

100、結構之間應存在最佳的尺寸比例?，F(xiàn)令r1=h/D，r2=d/D，r3=a，r4=β，則r1~r4即為本模擬所需計算設計的四個參量。</p><p>　　第2.2節(jié) 內部流場的CFD模擬</p><p>　　2.2.1 CFD理論模型</p><p>　　控制一切流體流動的基本規(guī)律是質量、動量和能量三大守恒定律，可分別表示為連續(xù)性方程、動量方程（又稱為納維爾-斯托克斯方