圓錐型氣流流化干燥機(jī)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(jìn)展3</p><p>　　1.2.1工業(yè)干燥技術(shù)3</p><p>　　1.2.2 氣流流化干燥9</p><p>　　1.2.3 CFD理論及其應(yīng)用軟件12</p><p>　　1.3 課題的研究重點(diǎn)18</p><p>　　第2章 流場(chǎng)模擬與流化床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化19</p&g

3、t;<p>　　2.1 氣流流化床干燥機(jī)結(jié)構(gòu)19</p><p>　　2.2 內(nèi)部流場(chǎng)的CFD模擬19</p><p>　　2.2.1 CFD理論模型19</p><p>　　2.2.2 模擬計(jì)算流程21</p><p>　　2.2.3 初始計(jì)算參數(shù)22</p><p>　　2.2.4 網(wǎng)格模型

4、及計(jì)算邊界23</p><p>　　2.3 結(jié)果與討論23</p><p>　　2.3.1 模擬計(jì)算結(jié)果23</p><p>　　2.3.2 尺寸優(yōu)化后的流化流場(chǎng)26</p><p>　　第3章 結(jié)論28</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)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(jī)作為一種歷史相當(dāng)悠久的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，在化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中有著十分廣泛的實(shí)際應(yīng)用。</p><p>　　針對(duì)圓錐型氣流流化干燥機(jī)，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)理論及相應(yīng)的經(jīng)典商用軟件，借助均勻設(shè)計(jì)的

6、試驗(yàn)計(jì)劃安排法，開展了干燥機(jī)流化室的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化與設(shè)計(jì)，以確保在設(shè)備流場(chǎng)充分流化的前提下，進(jìn)一步減小操作的風(fēng)動(dòng)力操作損耗。結(jié)果表明，對(duì)于釜體中部圓筒直徑為300 mm的圓錐型氣流流化床，當(dāng)釜的中部圓筒高度設(shè)計(jì)為75 mm、釜的上下接口直徑設(shè)計(jì)為60 mm、且上、下兩錐形體的錐角分別設(shè)計(jì)為50°和55°時(shí)，設(shè)備正常操作時(shí)的風(fēng)阻壓降將可降至最低。</p><p>　　關(guān)鍵詞：流化床，干燥機(jī)，流場(chǎng)模

7、擬，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</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(yùn)用極為廣泛的一種操作技術(shù)，其技術(shù)水平及相應(yīng)設(shè)備的先進(jìn)與否，直接影響著生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)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(jì)中葉，洞道式干燥器

12、的使用，標(biāo)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(jì)初期，乳品生產(chǎn)開始應(yīng)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(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)度、高生產(chǎn)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(yuǎn)紅外和微波干燥器。經(jīng)過(guò)近幾十年的快速發(fā)展與追趕，我國(guó)的干燥設(shè)備雖然已經(jīng)結(jié)束了完全依賴進(jìn)口的被動(dòng)局面，自行制造的干燥設(shè)備目前可基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的一

13、般生產(chǎn)要求，甚至還有個(gè)別機(jī)種出口到國(guó)外。但總體而言，與國(guó)外的同類設(shè)備相比，國(guó)內(nèi)的干燥設(shè)備制造水平仍處于積累發(fā)展階段，尚不能較好滿足當(dāng)前如制藥與催化劑制造等新興行業(yè)中的高精技術(shù)要求，亟待進(jìn)一步地改進(jìn)與研發(fā)。</p><p>　　可見，運(yùn)用新興的CFD理論及其商業(yè)應(yīng)用軟件，開展干燥器的流場(chǎng)模擬及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極具意義且高效的研究工作。</p><p>　　第1.2節(jié) 課題研究進(jìn)展</p

14、><p>　　1.2.1 工業(yè)干燥技術(shù)</p><p>　　1.2.1.1 技術(shù)簡(jiǎn)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(jīng)氣流帶走或由真空泵將其抽出除去,而獲得固體產(chǎn)品的操作過(guò)程。工業(yè)上，干燥操作不僅影響著產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與操作能耗，且通常作為產(chǎn)品加工的最后一道工序，對(duì)產(chǎn)品的最終質(zhì)量起著重要的保證作用。因此，干燥操作的技

15、術(shù)水平將直接影響到生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效率與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，譬如我國(guó)有許多的工業(yè)出口產(chǎn)品，單就純度而言，已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)了國(guó)外的同類產(chǎn)品，但只因干燥技術(shù)的落后，致使產(chǎn)品的粒度、色澤和堆積密度等物性指標(biāo)偏低，從而在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中常處于劣勢(shì)，如白炭黑、輕質(zhì)碳酸鈣等。為此近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的有關(guān)單位或部門正著力加大對(duì)干燥技術(shù)的研究力度，先后成立了各級(jí)干燥技術(shù)研究中心，組織召開了多屆干燥技術(shù)交流會(huì)，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(shè)備生

16、產(chǎn)與制造廠商，進(jìn)而有力推動(dòng)了國(guó)內(nèi)干燥技術(shù)由傳統(tǒng)的糧食、肥料、飼料、燃料、陶瓷、織物和礦物等生產(chǎn)領(lǐng)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(lǐng)域中的應(yīng)用拓展，初步顯示出良好的發(fā)展勢(shì)頭和廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　干燥單元的重要性不僅在于它對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的效率和總能耗有較大的影響，還在于它往往是生產(chǎn)過(guò)程的最后工序，操作的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，從而影響市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)有許

17、多產(chǎn)品，就純度而言已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)外產(chǎn)品；然而就是由于干燥技術(shù)不如國(guó)外技術(shù)，堆積密度、粒度、色澤等物性指標(biāo)上不去。在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，有的甚至售價(jià)僅為國(guó)外同種產(chǎn)品的1/3。目前我國(guó)某些大型石化干燥裝備還依賴進(jìn)口。根據(jù)粗略估計(jì)，我國(guó)生產(chǎn)的干燥設(shè)備種類僅為國(guó)外30-40％。因此進(jìn)行干燥技術(shù)研究的任務(wù)迫切。</p><p>　　第一屆全國(guó)干燥會(huì)議干1975年6月23日在南京召開，至今已經(jīng)30余年了。30多年來(lái)，

18、我國(guó)干燥技術(shù)研究隊(duì)伍不斷壯大。目前我國(guó)從事干燥技術(shù)研究的大專院校、科研院所、研究單位大約有50多家，領(lǐng)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(chǎn)業(yè)、漁業(yè)等行業(yè)，全國(guó)共有設(shè)備制造廠600多家，已形成了一支強(qiáng)有力的干燥科研開發(fā)隊(duì)伍，廣泛開展干燥技術(shù)的基礎(chǔ)研究、工藝研究及工業(yè)化研究，使我國(guó)干燥技術(shù)研究正向世界水平邁進(jìn)，某些技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。30年來(lái)，中國(guó)對(duì)許多干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。其中噴霧干燥機(jī)，旋轉(zhuǎn)快速干燥

19、機(jī)，振動(dòng)流化床干燥機(jī)，蒸汽管(管壁導(dǎo)熱的)回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)，糧食干燥機(jī)等，均接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，這對(duì)我們中國(guó)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)偉大的轉(zhuǎn)折。中國(guó)有許多干燥設(shè)備制造廠，他們制造的常用干燥設(shè)備，基本上滿足了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，并有個(gè)別機(jī)種出口到國(guó)外。</p><p>　　1.2.1.2 操作過(guò)程原理</p><p>　　物料的干燥過(guò)程一般可大致分為三個(gè)階段，物料預(yù)熱階段，恒速干燥階段，降

20、速預(yù)熱階段。物料預(yù)熱階段，顧名思義，就是將濕料進(jìn)行預(yù)熱，在此同時(shí)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(gè)程度；降速預(yù)熱階段主要是深入到物料內(nèi)部，熱空氣主要是加熱物料，只有一小部分是汽化濕分，這時(shí)干燥率下降，直到含水率達(dá)到要求的范圍。</p><p>　　通常所了解的干燥就是將一個(gè)使物料脫水到一定程度，即將濕料變成干料的過(guò)程，看似非常簡(jiǎn)單。然而事

21、實(shí)上考慮到不同物料的要求以及各種因素，這其實(shí)是個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)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(jī)械脫水即是其中一種。機(jī)械脫水又可以分為電滲析脫水、間斷式電滲析脫水、組合場(chǎng)能脫水以及輔以振動(dòng)的微濾。這幾種方式雖然有的已經(jīng)付諸于工程運(yùn)作，但還有發(fā)揮的余地。在脫水的過(guò)程中溫度一定會(huì)升高，因?yàn)樵诟稍锏倪^(guò)程中一般是不停通空氣的，它有個(gè)空氣加熱的過(guò)程，而水分不斷減少的話，物料便會(huì)越來(lái)越容易受熱，溫度就會(huì)隨之升高。在物料干燥的

22、過(guò)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(nèi)，這并不會(huì)有什么影響，但是當(dāng)溫度升高一定程度時(shí)，就會(huì)對(duì)物料的干燥效果有影響，所以必須在干燥的過(guò)程中必須控制溫度的高低，使它在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)。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(huì)使得局部物料的溫度過(guò)高，而導(dǎo)致生產(chǎn)率下降。因此，從一方面來(lái)講，干燥有等溫干燥和變溫干燥兩種，在干燥過(guò)程中，并非僅僅等溫干燥就能解決問(wèn)題的，等溫干燥會(huì)導(dǎo)致物料過(guò)熱，損傷產(chǎn)品質(zhì)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(shù)分類及典型設(shè)備</p><p>　　干燥技術(shù)及其設(shè)備發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)的階段。當(dāng)前，干燥設(shè)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(dǎo)加熱式、對(duì)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(gòu)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(zhuǎn)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(diǎn)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?xì)庾鳛楦稍锝橘|(zhì)，常壓操作;而新型干燥器的特點(diǎn)是能量間歇輸入，變化的氣流，熱組合輸入模式，多級(jí)干燥器（每級(jí)可以用不同類型的干燥器），過(guò)熱蒸汽作為介質(zhì)，低壓和高壓操作。從這兩個(gè)對(duì)比可以看出，新型干燥機(jī)已經(jīng)可以適合各種形態(tài)的

25、物料生產(chǎn)，操作起來(lái)更靈活。當(dāng)前，又發(fā)展了一些新類型的干燥器，如噴動(dòng)床干燥器，沖擊流干燥器，轉(zhuǎn)筒干燥器，過(guò)熱蒸汽干燥器等等。噴動(dòng)床干燥器，具有內(nèi)部循環(huán)運(yùn)動(dòng)和在頂層自由運(yùn)動(dòng)的噴動(dòng)，適宜大顆粒物料的干燥，同時(shí)也可以干燥漿糊狀的物料，對(duì)一些內(nèi)部傳熱的顆粒，可以采用間歇噴動(dòng)或?qū)妱?dòng)的</p><p>　　從既定的分類來(lái)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(dāng)然有時(shí)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(jīng)驗(yàn)而定，同時(shí)還要視情況適當(dāng)變動(dòng)。以下簡(jiǎn)要介紹幾種常見的干燥形式及設(shè)備。</p><p>　　（1）噴霧干燥機(jī) 噴霧干燥是干燥設(shè)備中進(jìn)展最快的設(shè)備之一，常用的霧化方法為3種：旋轉(zhuǎn)式、壓力式及氣流式。旋轉(zhuǎn)霧化器的噴霧干燥的特點(diǎn)是單機(jī)

27、生產(chǎn)能力大（噴霧量可達(dá)200 t/h），進(jìn)料量容易調(diào)節(jié)，操作彈性大，塔直徑大但高度小。目前，我國(guó)已掌握其設(shè)計(jì)方法，能夠提供10 t/h噴霧量的產(chǎn)品，且噴霧量45 t/h的也已試制出來(lái)了，其工業(yè)應(yīng)用比較廣泛。壓力式霧化器的噴霧干燥特點(diǎn)可簡(jiǎn)要概括如下：a)可以制造粗粒子。大生產(chǎn)能力時(shí)，可采用多個(gè)噴嘴，其霧化性能不變；b)噴嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便；c)由于噴嘴孔徑很小，易堵塞，故料液必須嚴(yán)格過(guò)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(yīng)用比較廣泛的型式之一，目前我國(guó)已掌握其設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，可以設(shè)計(jì)任意尺寸的裝置。此外，壓力式噴嘴還有一種新型結(jié)構(gòu)，稱為壓力-氣流式噴嘴，其結(jié)構(gòu)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(guò)程可分為兩個(gè)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(xì)。此型噴嘴的優(yōu)點(diǎn)是：a)調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力，便可調(diào)節(jié)液滴直徑，操作簡(jiǎn)單；b)大產(chǎn)量，高粘度的料液，也能夠霧化為細(xì)霧滴；c)如果停用壓縮空氣，原來(lái)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(chǎn)中某些料液，當(dāng)采用前兩種霧化器都不能霧化時(shí)，采用氣流式噴嘴有可能將其霧化。這里介紹一種新結(jié)構(gòu)的氣流式噴嘴——刀刃噴嘴，該噴嘴的中間是一個(gè)長(zhǎng)條形的刀刃，在刀刃的左側(cè)，有一個(gè)液體通道和一個(gè)壓縮空氣通道，在右側(cè)，也有一個(gè)液體通道和一個(gè)壓縮空氣通道，液體在噴嘴出口處被霧化。由于有4個(gè)通道，也稱4流體噴嘴。此霧化器的特征是霧滴很細(xì)，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(dòng)力消耗較大，約為前二者的5-8倍，故多用于實(shí)驗(yàn)室及中間工廠。</p><p>　　（2）帶式干燥機(jī) 帶式干燥機(jī)是成批生產(chǎn)用的連續(xù)式干燥設(shè)備，用于透氣性較好的片狀、條狀、顆粒狀物料的干燥，對(duì)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(jī)具有干燥速度快、蒸發(fā)強(qiáng)度高、產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)脫水濾餅類的膏狀物料，需經(jīng)造粒或制成棒狀后亦可

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

32、;p>　　（3）廂式干燥機(jī) 廂式干燥器特別適用于多品種、小批量生產(chǎn)的場(chǎng)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(shè)備，但對(duì)物料狀態(tài)廣泛的適應(yīng)性決定它仍有很強(qiáng)的生命力，在可以預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，仍不會(huì)退出應(yīng)用。目前廂式干燥器也有一定改進(jìn)，廂內(nèi)各點(diǎn)的溫度控制在±2 0C之內(nèi)，而且?guī)礁稍锲髟谛袠I(yè)內(nèi)部已形成了系列化。廂式干燥器的種類較多，特點(diǎn)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(wǎng)。熱風(fēng)通過(guò)金屬網(wǎng)穿過(guò)物料層，可大大提高傳熱傳質(zhì)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(yīng)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(jì)算的面積傳熱系數(shù)。真空廂式干燥的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)制熱氣流均勻地穿過(guò)堆積的料層。一般物料以片狀、顆粒狀，短纖維狀為主。如細(xì)粉狀物料則應(yīng)先擠制成形后方可使用。減壓后使?jié)穹址悬c(diǎn)降低，適用于熱敏性物料的干燥。廂式干燥器的生產(chǎn)廠家也較多，

34、國(guó)內(nèi)即有熱風(fēng)循環(huán)、藥用GMP烘箱和隧道式熱風(fēng)烘廂，三類烘廂型號(hào)有20多種。</p><p>　　（4）回轉(zhuǎn)干燥機(jī) 帶水蒸氣加熱管的回轉(zhuǎn)圓筒干燥器這類干燥器是在普通回轉(zhuǎn)圓筒干燥器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在回轉(zhuǎn)殼體的內(nèi)部，以同心圓方式排列2—4圈的加熱管，管內(nèi)通入水蒸氣或其他熱載體，以熱傳導(dǎo)的方式加熱被干燥物料。在石油化工中，干燥聚乙烯及對(duì)苯二甲酸時(shí)已成功使用。當(dāng)除掉的濕份為有機(jī)蒸汽時(shí)，采用氮?dú)忾]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(shè)備。過(guò)去，石油化工廠全部是進(jìn)口。目前，我國(guó)已能制造此型設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好。穿流回轉(zhuǎn)干燥器穿流回轉(zhuǎn)干燥器也稱旋轉(zhuǎn)通風(fēng)式干燥器，按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，稱之為臥式回轉(zhuǎn)流化床，亦可稱為回轉(zhuǎn)干燥機(jī)。它是回轉(zhuǎn)干燥機(jī)和流化床干燥機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。水平安裝的長(zhǎng)圓筒體壁上開有許多的孔，筒體內(nèi)壁沿圓周等距離裝有許多抄板，抄板端部從入口側(cè)向出口側(cè)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(dòng)機(jī)通過(guò)減速后由小

36、齒輪驅(qū)動(dòng)大齒輪帶動(dòng)簡(jiǎn)體回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)筒體與物料進(jìn)口端及出口端均設(shè)置密封結(jié)構(gòu)。在回轉(zhuǎn)筒體外設(shè)有外殼，在外殼內(nèi)沿著軸向設(shè)有隔板，它將干燥器隔成幾個(gè)獨(dú)立的加熱室。每個(gè)室有熱空氣進(jìn)、出口，并在筒體與外殼間設(shè)有動(dòng)密封，防止熱空氣未進(jìn)筒體料層而短路。在外殼</p><p>　　（5）槳葉式干燥機(jī) 槳葉式干燥機(jī)早在20世紀(jì)70年代國(guó)內(nèi)就有單位進(jìn)行了開發(fā)，限于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件和所設(shè)計(jì)的熱軸結(jié)構(gòu)過(guò)分復(fù)雜，因此中途停止。隨著我國(guó)的改革開放

37、，國(guó)外設(shè)備不斷引進(jìn)，國(guó)內(nèi)這方面資料的不斷增多，于是國(guó)內(nèi)又有單位對(duì)其進(jìn)行了開發(fā)，目前已形成系列化機(jī)型。槳葉式干燥機(jī)是一種以熱傳導(dǎo)為主的臥式攪拌型干燥機(jī)。因攪拌葉片形似船槳，故人稱槳葉式干燥機(jī)，國(guó)外也稱槽形干燥機(jī)或攪拌干燥機(jī)。槳葉式干燥機(jī)國(guó)外已經(jīng)開發(fā)多年，目前這種機(jī)型以日本株式會(huì)社奈良機(jī)械制作所為代表，現(xiàn)已開發(fā)出雙軸和四軸兩種結(jié)構(gòu)、10多個(gè)規(guī)格的系列產(chǎn)品。槳葉式干燥機(jī)是一種雙軸(或四軸)臥式攪拌干燥設(shè)備。最早由由前聯(lián)邦德國(guó)開發(fā)成功，之后日本

38、引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)，并進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)了雙軸和四軸兩種結(jié)構(gòu)、十多種規(guī)格的系列產(chǎn)品。該設(shè)備干燥所需熱量依靠熱傳導(dǎo)間接加熱，因此干燥過(guò)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(shè)備。它適合顆粒狀及粉末物料的干燥，對(duì)膏狀物料也能進(jìn)行干燥。我國(guó)近年有許多廠掌握了制造技術(shù)并已形成系列機(jī)型。</p><p>　?。?）盤式干燥機(jī) 20世紀(jì)80年代初期，由上海市

39、化工裝備所開始開發(fā)此項(xiàng)技術(shù)，近幾年國(guó)內(nèi)多家干燥企業(yè)開始開發(fā)此類產(chǎn)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(jī) 該類干燥機(jī)的熱效率高，總傳熱效率可達(dá)80％-90％，特別適用于干燥溫度在150 ℃以下的物料。國(guó)外較有代表性的如日本大川原化機(jī)株式會(huì)社，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家比較多，主要用于槽渣和礦物的干燥，型號(hào)約5～6種。</p><p>　　

40、（8）直接換熱回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī) 直接換熱回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)是最古老的干燥設(shè)備之一，可分為普通回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)、自清理回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)、打散回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)、穿流回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)等，經(jīng)過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)圓內(nèi)抄板形式進(jìn)行改進(jìn)，使其具有了更廣闊的應(yīng)用空間，廣泛用于化工、建材、飼料和冶金等領(lǐng)域，型號(hào)接近20種。</p><p>　?。?）蒸汽干燥機(jī) 蒸汽干燥機(jī)屬間接傳熱式干燥機(jī)，與普通回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的差別在于在筒內(nèi)安裝有貫穿于整個(gè)干燥機(jī)的蒸汽加熱

41、管，適用于大批量、連續(xù)干燥的物料，廣泛應(yīng)用于化工、石化、冶金、飼料、環(huán)保等行業(yè)。該干燥機(jī)用于PTA干燥，即是我國(guó)重大干燥裝備國(guó)產(chǎn)化的一個(gè)項(xiàng)目。</p><p>　　工業(yè)上常見的干燥機(jī)還有冷凍干燥機(jī)、真空干燥機(jī)、微波干燥機(jī)及組合干燥機(jī)等，各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，組合干燥更容易節(jié)約能源和保證產(chǎn)品質(zhì)量，操作更靈活，因此被廣泛應(yīng)用。常用的組合干燥有氣流-流化床干燥系統(tǒng)、轉(zhuǎn)筒-振動(dòng)流化床干燥系統(tǒng)、雙級(jí)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(jī)外，人們標(biāo)新立異，又發(fā)明了很多新奇的干燥方式，比如說(shuō)表面燃燒干燥，聲干燥等。</p><p>　　總之，各種干燥形式所對(duì)應(yīng)的干燥設(shè)備所需的物料形式并不相同，如果混合使用可能會(huì)讓出產(chǎn)率降低，嚴(yán)重的可能損壞設(shè)備。而且多種干燥設(shè)備的混合使用，會(huì)造成資源、資金的浪費(fèi)。為此，我們可以努力提高設(shè)備的通用性，使得一種規(guī)格的干燥機(jī)可以適用于不同類型的原材料和不同的

43、干燥方式，同時(shí)降低生產(chǎn)設(shè)備所需的基本成本，提高設(shè)備的利用率。提高設(shè)備的通用性也是我國(guó)在科研及生產(chǎn)中所需解決的一個(gè)問(wèn)題。機(jī)電一體化、制造加工標(biāo)準(zhǔn)化、提高調(diào)控水平等成了干燥設(shè)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(guò)程中所發(fā)生的變化也不一樣，這在生產(chǎn)加工中應(yīng)引起注意，宜選擇合適的干燥形式及干燥設(shè)備。當(dāng)然，干燥技術(shù)的發(fā)展不僅與干燥形式和干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)有關(guān)，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(guān)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(jìn)行干燥的操作技術(shù)。作為工程優(yōu)勢(shì)最為顯著的高效干燥技術(shù)之一，氣流流化床干燥在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用正日趨廣泛，已漸成為諸多產(chǎn)品生產(chǎn)的主要干燥方法，對(duì)應(yīng)的干燥生產(chǎn)設(shè)備稱為氣流流化干燥機(jī)。簡(jiǎn)言之，氣流流化干燥機(jī)是將濕態(tài)時(shí)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(shí)進(jìn)行干燥的操作設(shè)備。氣流流化床干燥過(guò)程屬于對(duì)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(qiáng)化熱質(zhì)傳遞過(guò)程，即操作的熱效率高、效果好、干燥強(qiáng)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(jī)已廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中。</p><p>　　1.2.2.1 過(guò)程工藝與影響因素</p>&l

46、t;p>　　氣流干燥機(jī)主要是通過(guò)熱空氣與物料表面的直接接觸，從而在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到干燥效果的一種裝置。它具有干燥強(qiáng)度大，干燥時(shí)間短，熱效率高，處理量大，應(yīng)用廣泛，設(shè)備簡(jiǎn)單以及操作容易的優(yōu)點(diǎn)，尤其在氣流干燥過(guò)程中，物料升溫不高，一般不存在過(guò)熱等問(wèn)題；并且營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失量低，因而非常適合一些熱敏性產(chǎn)品的干燥加工。然而該類型干燥機(jī)即便有這么多優(yōu)點(diǎn)，氣流干燥機(jī)還是有它的局限性所在的，比如說(shuō)它對(duì)潔凈的要求比較高，除塵能力要強(qiáng)，因?yàn)槠渲械牧黧w阻力大

47、；又如它的干燥管的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以它對(duì)干燥廠房的要求也比較高等。同時(shí)氣流干燥中牽扯到一個(gè)湍流流動(dòng)的問(wèn)題，我們需要非常注意。我們知道，湍流是一種非常復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，在湍流過(guò)程中，流體的各種物理因素，如速度，溫度，壓力等都隨時(shí)間和空間隨機(jī)變化，因此給研究和生產(chǎn)帶來(lái)了一點(diǎn)困擾。</p><p>　　影響氣流干燥機(jī)性能的主要操作參數(shù)有熱風(fēng)強(qiáng)度，熱風(fēng)量，還有物料的喂入量等，提高熱風(fēng)的溫度能夠提高提高降水幅度和干燥強(qiáng)度；物料

48、的喂入量增大，降水幅度下降；不同風(fēng)量區(qū)對(duì)干燥機(jī)性能影響不同。不同干燥機(jī)類型對(duì)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(jī)的干燥時(shí)間一般不超過(guò)10 s，除此以外還具有與物料輸送和結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。氣流干燥在如此短的時(shí)間之內(nèi)完成，主要取決于兩個(gè)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(guò)來(lái)說(shuō)，大顆粒物料，以及含有難脫除的微孔水或結(jié)合水的物料通常不宜采用氣流干燥。氣流干燥過(guò)程中氣體與

49、顆粒間的相對(duì)速度基本上等于有stocks定律決定的沉降速度。從傳遞的觀點(diǎn)來(lái)看，并不是很有限的，物料停留時(shí)間也限制了它的應(yīng)用。因此，氣流干燥的改進(jìn)就主要集中在兩個(gè)方面: a)提高傳遞速度；b)增加停留時(shí)間。</p><p>　　總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于氣流流化干燥機(jī)工藝，射流沖擊噴嘴的結(jié)構(gòu)、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(shí)影響傳熱傳質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)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(zhì)的工藝因素。概括來(lái)講，影響氣流干燥器干燥效果的因素主要有以下幾點(diǎn):</p><p>　　(1)熱風(fēng)溫度 對(duì)整個(gè)熱風(fēng)干燥過(guò)程來(lái)說(shuō)，熱風(fēng)溫度不僅決定著整個(gè)干燥過(guò)程的干燥速度，而且對(duì)產(chǎn)品的最終干燥質(zhì)量也有著很大的影響。沖擊氣流溫度高時(shí)，單位熱耗低，汽化強(qiáng)度高，但溫度過(guò)高易發(fā)生“灼傷”物料的現(xiàn)象；溫度過(guò)低，又會(huì)使干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而耗費(fèi)能源。</p><p>　　(2)氣流

51、流速 氣流流化床干燥技術(shù)的特點(diǎn)之一是從噴嘴噴出的氣流具有較高的速度（與常規(guī)熱風(fēng)干燥技術(shù)相比）。當(dāng)高速氣流近距離沖擊物料時(shí)，就會(huì)在物料表面產(chǎn)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(duì)汽化強(qiáng)度的影響總體不大，但汽化強(qiáng)度隨噴嘴出口氣流速度增加而呈微弱增加的趨勢(shì)。</p><p>　　(3)干燥時(shí)間 干燥時(shí)間與熱風(fēng)溫度密切相關(guān)。干燥初期，物料的含水量較高，如果將干燥時(shí)間控制在極短的時(shí)間內(nèi)，那么熱

52、風(fēng)溫度即使很高也不會(huì)損傷物料；反之，如果干燥時(shí)間很長(zhǎng)，那么即使熱風(fēng)溫度較低，物料也可能受損傷，造成品質(zhì)發(fā)生較大的變化。干燥時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響著干燥產(chǎn)品的最終品質(zhì)以及整個(gè)干燥過(guò)程的能源消耗。</p><p>　　(4)噴嘴結(jié)構(gòu) 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(guò)渡和非平滑過(guò)渡兩種；噴嘴有入口與出口直徑一致的長(zhǎng)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(yīng)用領(lǐng)

53、域和應(yīng)用目的各不相同，但從傳熱系數(shù)來(lái)看，在開孔率相同時(shí)（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(huì)使物料產(chǎn)生類似流化狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)，而物料的運(yùn)動(dòng)就是干燥與加熱的過(guò)程。物料的運(yùn)動(dòng)不僅使其保持了氣體射流沖擊技術(shù)高傳熱系數(shù)的特點(diǎn)，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(chǎn)生流態(tài)化狀態(tài)所需的噴嘴出口風(fēng)速就越低，但物料流化時(shí)的風(fēng)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(gè)噴嘴排列時(shí)的一個(gè)重要計(jì)算指標(biāo)。因?yàn)楫?dāng)氣流從噴嘴噴出時(shí)，噴出氣流將不斷與周圍介質(zhì)發(fā)生質(zhì)量和動(dòng)量的交換，帶動(dòng)周圍介質(zhì)流動(dòng)，使噴射出的流體質(zhì)量增加動(dòng)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(shí)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(fēng)量比的變化，而且還對(duì)隨流化程度變化的風(fēng)量比有著一定的間接影響。此外，噴嘴高度還會(huì)對(duì)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(zhuǎn)動(dòng)，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(zhuǎn)速不同，β值也不同。對(duì)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(duì)不同的物料傾角取不同的噴嘴傾角時(shí)，干燥效果也會(huì)有所不同。</p><p>　　以上是影響氣流干燥機(jī)的主要因素，干燥設(shè)備與技術(shù)先進(jìn)與否將直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)國(guó)內(nèi)的干燥技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展速度是異常迅猛的，但在開發(fā)、設(shè)計(jì)和使用等方面還存在著一定的問(wèn)題，它們危害是不容忽視的。在開發(fā)和設(shè)計(jì)中，我國(guó)目前眾多的干

57、燥設(shè)備的設(shè)計(jì)和研制大多是對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的消化吸收的基礎(chǔ)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(shè)備的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)中就存在著不少的問(wèn)題：許多設(shè)備的設(shè)計(jì)大都采用模擬設(shè)計(jì)或相似設(shè)計(jì)的方法，通常是繪制樣機(jī)，然后對(duì)各部分進(jìn)行比例放大或縮小，部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行消弱或加強(qiáng)或略有改進(jìn)，以適應(yīng)自己的生產(chǎn)條件或能力。這樣的設(shè)計(jì)具有一定的盲目性和風(fēng)險(xiǎn)性，其效果只有在樣機(jī)生產(chǎn)出來(lái)以后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才能知道，很難預(yù)知產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是否合理，總體參數(shù)、各零部件參數(shù)

58、一級(jí)作業(yè)參數(shù)選擇是否合理、是否達(dá)到最佳。在生產(chǎn)單位中，干燥設(shè)備一般都屬于大型設(shè)備，這樣以來(lái)，對(duì)資金是極大的浪費(fèi)。在干燥設(shè)備的使用方面，存在著很大的盲目性和被動(dòng)性。干燥設(shè)備所需配套不見特別多，這些部件的結(jié)構(gòu)形式，作業(yè)參數(shù)等均對(duì)干燥質(zhì)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(duì)操作系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，而對(duì)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(jī)有很多種，現(xiàn)在簡(jiǎn)要介紹幾種：a）環(huán)形噴射氣流干燥機(jī)。該裝置由干燥段，輸送段，循環(huán)段，分級(jí)室組成，濕粉狀或?yàn)V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(guò)循環(huán)段進(jìn)入干燥室干燥。物料的含水量越高，干燥時(shí)間越短。比如蒸發(fā)98%的水只需要0.1s，剩余水的蒸發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)。該裝置高溫高壓的氣流噴嘴可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)氣流干燥，干燥效率高，可用于泥狀物的干燥。而且產(chǎn)品溫度幾乎不升高，所以可干燥熱敏性物料和低熔

60、點(diǎn)物料。b）帶式穿流干燥機(jī)。該裝置由若干單組成，每一單元熱風(fēng)獨(dú)立循環(huán)，部分尾氣由專門的排濕口排出，熱氣的傳輸過(guò)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(diào)節(jié)，操作非常方便。c）脈沖氣流干燥機(jī)。使用高速熱氣流使得物料懸浮在其中，通過(guò)熱交換達(dá)到使物料水分散失的目的，這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，效率高，缺點(diǎn)是流動(dòng)阻力大，動(dòng)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(guò)程，屬于流態(tài)化技術(shù)范疇。所謂流態(tài)化技術(shù)即是指利用流動(dòng)流體的作用，促使大量固體顆粒懸浮于流體介質(zhì)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(guò)程操作。因此，圍繞著設(shè)備內(nèi)部物料的更好流化，目前該類干燥機(jī)設(shè)計(jì)有多種機(jī)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(fēng)機(jī)、旋風(fēng)分離器、攪拌器、粗細(xì)顆粒分級(jí)用空氣、空氣加熱器、過(guò)濾機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)組成，該裝置可以防止因流化不良導(dǎo)致死床。b

62、）內(nèi)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(zhuǎn)式換熱器，它通過(guò)換熱提供大部分的熱量，而不是通過(guò)輸入熱風(fēng)的方式。這樣起到節(jié)能的作用，在崇尚環(huán)保的當(dāng)今社會(huì)里比較適用。c）旋轉(zhuǎn)高速干燥機(jī)。它相當(dāng)于帶攪拌的錐形流化床，它主要是由加熱器、流化床、內(nèi)熱管、旋轉(zhuǎn)分離器、加料器、風(fēng)機(jī)組成，它其中壁層分布著空氣冷卻夾套，防止?jié)窳线^(guò)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?xì)粒度均勻分

63、布。它的攪拌裝置可以使周圍溫度適中，不至于過(guò)冷或過(guò)熱。該裝置體積小，生產(chǎn)能力</p><p>　　1.2.3 CFD理論及其應(yīng)用軟件</p><p>　　1.2.3.1 CFD技術(shù)方法</p><p>　　近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)性能與技術(shù)的飛速發(fā)展，人們開始采用高速計(jì)算機(jī)，結(jié)合先進(jìn)的流體力學(xué)模擬技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)中的成功應(yīng)用，很大程度上要得益于計(jì)算流體力學(xué)CFD方法的建立與

64、發(fā)展，后者既是流體力學(xué)理論中一個(gè)重要的研究分支，同時(shí)也是我們研究和了解復(fù)雜流體現(xiàn)象的一種有效手段。具體地說(shuō)，CFD是一門對(duì)工程中流體流動(dòng)、傳熱、燃燒、化學(xué)反應(yīng)、多相流等進(jìn)行數(shù)值預(yù)測(cè)和工程模擬的研究技術(shù)。在相關(guān)的CFD軟件中，只要我們輸入描述過(guò)程現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型，然后依據(jù)現(xiàn)有的計(jì)算數(shù)學(xué)理論進(jìn)行求解，求解值即為對(duì)于實(shí)際實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)結(jié)果。因此，利用CFD軟件，研究者可通過(guò)調(diào)整模型中的變量，在較短時(shí)間內(nèi)搜索得到最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)結(jié)果，從而確定出模型變量

65、的最佳取值。</p><p>　　CFD是在計(jì)算機(jī)上求解描述流體運(yùn)動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)的偏微分方程組，并且對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行過(guò)程模擬。CFD可用來(lái)進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)研究，復(fù)雜流動(dòng)結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)，了解在燃燒過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。其主要優(yōu)點(diǎn)是能以較少的費(fèi)用和較短的時(shí)間獲得大量有價(jià)值的研究結(jié)果，對(duì)投資大、周期長(zhǎng)、難度高的實(shí)驗(yàn)研究來(lái)說(shuō)，CFD的有點(diǎn)就更為突出。因此，將CFD與工程研究相結(jié)合，不僅有助于工程設(shè)計(jì)的改進(jìn)，

66、而且能減少實(shí)驗(yàn)的工作量?？梢哉f(shuō)，CFD是一種有效和經(jīng)濟(jì)的研究手段。換言之，CFD是一種可以通過(guò)計(jì)算機(jī)生成數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的技術(shù)。它是把一些在空間和時(shí)間上連續(xù)的物理量的場(chǎng)用一些離散點(diǎn)的變量集合來(lái)代替，通過(guò)一定的方式來(lái)建立關(guān)于這些離散點(diǎn)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(chǎng)的近似值的過(guò)程。CFD數(shù)值模擬可以看作是在質(zhì)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(duì)流動(dòng)的模擬，在氣流干燥方面，就是對(duì)氣流和物料流動(dòng)的數(shù)值

67、模擬。數(shù)值模擬已經(jīng)成了工程中許多領(lǐng)域的一種較為先進(jìn)的研究方法。簡(jiǎn)言之，CFD方法是近代流體力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物, 是利用高速計(jì)算機(jī)求解控制流體流動(dòng)的偏微分方程組，</p><p>　　N-S方程組是流體流動(dòng)所需遵守的普遍規(guī)律，可精確描述了自然界流體流動(dòng)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(wú)法通過(guò)求解此微分方程得到解析解。隨著計(jì)算科學(xué)工程(Computational Science a

68、nd Engineering，簡(jiǎn)稱CSE)的日益發(fā)展，人們?cè)噲D通過(guò)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(shè)備及過(guò)程的設(shè)計(jì)與模擬，從而形成和發(fā)展了計(jì)算流體力學(xué)這一學(xué)科分支。</p><p>　　將CFD用于化工過(guò)程的建模、化學(xué)反應(yīng)器和結(jié)晶器的設(shè)計(jì)與放大是現(xiàn)代高科技與傳統(tǒng)科學(xué)相結(jié)合的典范。CFD 摒棄傳統(tǒng)化工過(guò)程的建模方式，用詳盡、真實(shí)和生動(dòng)再現(xiàn)的方式來(lái)描述化工過(guò)程，因而被稱之為“虛擬真實(shí)”(

69、virtual reality)之法。此應(yīng)用因其可靠、經(jīng)濟(jì)和快速，已引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛重視并成為世界化工新興前沿領(lǐng)域。</p><p>　　計(jì)算流體力學(xué)和相關(guān)的計(jì)算傳熱學(xué)、計(jì)算燃燒學(xué)的原理是用數(shù)值方法求解非線性聯(lián)立的質(zhì)量、能量、組分、動(dòng)量和自定義的標(biāo)量的微分方程組。經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)日益成熟，一個(gè)主要的標(biāo)志就是各種CFD通用商務(wù)軟件陸續(xù)出現(xiàn)，專門用來(lái)進(jìn)行流場(chǎng)分析、流場(chǎng)計(jì)算、流場(chǎng)預(yù)測(cè)。除了應(yīng)用于航

70、空、航天、船舶、水利方面外，應(yīng)用的范圍逐步擴(kuò)大到化工、冶金、建筑、環(huán)境、食品等相關(guān)領(lǐng)域。通過(guò)CFD軟件，可以分析、顯示流場(chǎng)中的現(xiàn)象，在較短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)其性能，并通過(guò)改變各種參數(shù)，達(dá)到最佳設(shè)計(jì)效果。CFD的數(shù)值模擬，能使我們更加深刻地理解問(wèn)題產(chǎn)生的機(jī)理，為實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)，節(jié)省實(shí)驗(yàn)所需的人力、物力和時(shí)間，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理和規(guī)律的得出起到很好的指導(dǎo)作用，是十分有利的。</p><p>　　計(jì)算數(shù)學(xué)中，將具體的流場(chǎng)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(shí)間變量無(wú)關(guān)，僅與空間變量的二次導(dǎo)數(shù)項(xiàng)有關(guān)，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(dǎo)數(shù)項(xiàng)有關(guān)，而且與時(shí)間變量的一階和二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)有關(guān)，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(lái)求解偏微分方程，但求解的精度不一樣。對(duì)這3種不同類型方程數(shù)學(xué)上已經(jīng)發(fā)展出不同的穩(wěn)定、收斂的算法。一般，

72、對(duì)于橢圓型方程使用有限元法、對(duì)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(lái)看，CFD是20世紀(jì)60年代伴隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)值算法的進(jìn)步而迅速崛起的新興技術(shù)。由于受到當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算費(fèi)用的制約，早期CFD只在核工業(yè)和航空領(lǐng)域中應(yīng)用，主要用于解決計(jì)算流體力學(xué)中一些基本的理論問(wèn)題，如模型方程（湍流、流變、傳熱、輻射、氣體-顆粒作用、化學(xué)反應(yīng)、燃燒等）、數(shù)值方法（差分格式、代數(shù)方程求解等）、網(wǎng)

73、格劃分、程序編寫與實(shí)現(xiàn)等，同時(shí)也初步涉及網(wǎng)格變換等問(wèn)題。其中，Patankar等學(xué)者發(fā)表的用于描述外部繞流問(wèn)題的拋物線偏微分方程P-S法，以及解決內(nèi)流問(wèn)題的SIMPLE算法等，都是當(dāng)時(shí)具有代表性的研究成果。到了70年代中后期，隨著數(shù)值預(yù)測(cè)、原理和方法的不斷完善，學(xué)者們已開始探討CFD在解決實(shí)際工程問(wèn)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(xué)反應(yīng)流、非牛頓流、化學(xué)反應(yīng)流、煤粉燃燒等諸多復(fù)雜流動(dòng)問(wèn)題中拓展。到了

74、80年代初期，CFD已成功運(yùn)用于汽車制造業(yè)和化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域，但此時(shí)工業(yè)界對(duì)于CFD技術(shù)的應(yīng)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(xué)者在發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)算特點(diǎn)</p><p>　　CFD這種方式的優(yōu)點(diǎn)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(shí)條件，而實(shí)驗(yàn)有時(shí)并不能制造如此特殊的環(huán)境；它能提高一定的實(shí)驗(yàn)效率；并且經(jīng)過(guò)一定處理后就可以使得結(jié)果可視化，我們可以很直觀地通過(guò)數(shù)字和圖像觀察到是否適宜采用所實(shí)驗(yàn)的技術(shù)或器材，不需要像實(shí)際生產(chǎn)那樣。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)，有時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致原材料及資源的浪費(fèi)，造成不必要的損失，然后可能還看不到預(yù)測(cè)的結(jié)果。CFD彌補(bǔ)了這一缺陷。</p><p>　　而且采用CFD技術(shù)，克服了模型試驗(yàn)中的耗人

76、力物力以及實(shí)驗(yàn)中模型尺寸、流場(chǎng)干擾等自身?xiàng)l件的限制，能夠形象地再現(xiàn)流動(dòng)情景，將結(jié)果顯示在計(jì)算機(jī)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(lái)越流行的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。</p><p>　　如果CFD的計(jì)算解中基本上含有了流動(dòng)中的所有重要的物理性質(zhì)，那么CFD技術(shù)(計(jì)算機(jī)程序本身)就象一個(gè)儀器，可以用來(lái)進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，幫助理解流動(dòng)的基本性質(zhì)。這些數(shù)字化實(shí)驗(yàn)都是對(duì)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的直接模擬。然而如此先進(jìn)的技術(shù)，還是具有一定

77、的自身局限性。</p><p>　　如果該物理過(guò)程在所研究問(wèn)題公式化的過(guò)程中，并沒有被正確地涵蓋進(jìn)去，那么CFD技術(shù)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(wèn)題的CFD的解所包含的湍流模型或是真實(shí)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(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，雖然對(duì)于一些情況的某些計(jì)算是合理的，但是所有湍流流動(dòng)的CFD解仍被準(zhǔn)確性的問(wèn)題所困擾。另一個(gè)例子就是化學(xué)反應(yīng)流動(dòng)的計(jì)算。由于化學(xué)反

78、應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率的機(jī)理以及反應(yīng)常數(shù)經(jīng)常是非常不準(zhǔn)確的，所以所有這種情況下的CFD解都會(huì)被這種不確定性所影響。</p><p>　　因此從這幾方面來(lái)看，CFD還存在著一定的瑕疵，但人無(wú)完人，更何況是這種技術(shù)，我們需要在更多的學(xué)習(xí)中努力鉆研開發(fā)，使這種技術(shù)臻于完善。</p><p>　　1.2.3.3 經(jīng)典商業(yè)化軟件</p><p>　　近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)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(xué)者們可以從算法、編程等一些繁瑣的研究工作或問(wèn)題中解脫出來(lái)，以便更加專注地研究流體流動(dòng)的本質(zhì)、初邊界條件以及計(jì)算結(jié)果的合理性等關(guān)鍵性問(wèn)題。此外，運(yùn)用CFD模擬還可有效地避免實(shí)際試驗(yàn)的高成本等問(wèn)題，且方便合理地配置操作環(huán)境，進(jìn)而使目的流場(chǎng)充分均勻，同時(shí)結(jié)果也具可視化的特性。</p><p>　　在使用CFD軟件時(shí)，選擇合適的邊界條件對(duì)準(zhǔn)確反映流動(dòng)性

80、質(zhì)至關(guān)重要, 準(zhǔn)確合理的邊界條件是使CFD計(jì)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(guó)公司的軟件外，其它二個(gè)都是英國(guó)公司的產(chǎn)品。</p><p>　　FLUENT是目前國(guó)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(shè)在美國(guó)的FLUENT公司推出的FLUENT軟件應(yīng)屬佼佼者。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)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(chǎng)總額的40%，在美國(guó)的市場(chǎng)占有率更達(dá)60%。凡是和流體，熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法以及強(qiáng)大的前后處理功能，在航空航天、汽車設(shè)計(jì)、石油天然氣、渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。其在石油天然氣工業(yè)上的應(yīng)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(dòng)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(lǐng)域內(nèi)使計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳組合，從而高效率地解決各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜流動(dòng)計(jì)算問(wèn)題。迄今為止，許多用戶使用FLUENT對(duì)流動(dòng)和傳熱進(jìn)行了模擬計(jì)算。</p><p>　　CFX是由英國(guó)AEA公司開發(fā)，是一種實(shí)用流體過(guò)程分析工具，其優(yōu)勢(shì)在于處理流動(dòng)物理現(xiàn)象簡(jiǎn)單而幾何形狀復(fù)雜的問(wèn)題。適用于直角/柱面/旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，穩(wěn)態(tài)/非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，瞬態(tài)/滑移網(wǎng)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(xué)反應(yīng)，燃燒，NOX生成，輻射，多孔介質(zhì)及混合傳熱過(guò)程。CFX采用有限元法，自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)控制，SIMPLE算法，代數(shù)多網(wǎng)格、1000 Line, Stone和Block Stone解法。能有效、精確地表達(dá)復(fù)雜幾何形狀，任意連接模塊即可構(gòu)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(chǎn)中出現(xiàn)的各種流動(dòng)。包括單體顆粒運(yùn)動(dòng)模型，連續(xù)相及分散相的多相流模型和自由表面的流動(dòng)模型。</p><p&g

84、t;　　PHOENICS是英國(guó)CHAM公司開發(fā)的模擬傳熱、流動(dòng)、反應(yīng)、燃燒過(guò)程的通用CFD軟件，世界上第一個(gè)投放市場(chǎng)的CFD軟件。網(wǎng)格系統(tǒng)包括:直角、圓柱、曲面(包括非正交和運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格，但在其VR環(huán)境不可以)、多重網(wǎng)格、精密網(wǎng)格?？梢詫?duì)三維穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)的可壓縮流或不可壓縮流進(jìn)行模擬，包括非牛頓流體、多孔介質(zhì)中的流動(dòng)，并且可以考慮粘度、密度、溫度變化的影響。</p><p>　　另一個(gè)CFD軟件STAR-CD的創(chuàng)始人

85、與Phoenics的創(chuàng)始人Spalding都是英國(guó)倫敦大學(xué)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(yīng)用非常廣泛1161，用來(lái)分析汽油機(jī)、柴油機(jī)中的流動(dòng)與傳熱問(wèn)題。</p><p>　　1.2.3.4 FLUENT軟件平臺(tái)</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(diǎn)，但總的說(shuō)來(lái)FLUENT是最為專業(yè)化的，也是功能最為強(qiáng)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(dú)占40%以上的市場(chǎng)份額，具有絕對(duì)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。Fluent是CFD軟件的一種。它是第一個(gè)交互式的、用戶界面友好的商用CFD軟件，第一個(gè)引入雷諾應(yīng)力湍流模型作為標(biāo)準(zhǔn)的特征，第一個(gè)基于完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的商用CFD軟件，第一個(gè)提供標(biāo)準(zhǔn)并行處理能力的軟件，第一個(gè)提供處理任意邊界變形的變形網(wǎng)格能力的軟件。<

87、/p><p>　　FLUENT是用于模擬具有復(fù)雜外形的流體流動(dòng)以及熱傳導(dǎo)的計(jì)算機(jī)程序。它提供了完全的網(wǎng)格靈活性，人們可以使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，例如二維三角形或四邊形網(wǎng)格、三維四面體/六面體/金字塔形網(wǎng)格來(lái)解決具有復(fù)雜外形的流動(dòng)。甚至可以用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。它允許人們根據(jù)解的具體情況對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行修改（細(xì)化/粗化）。</p><p>　　對(duì)于大梯度區(qū)域，如自由剪切層和邊界層，為了非常準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)流動(dòng)，自適應(yīng)

88、網(wǎng)格是非常有用的。與結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，這一特點(diǎn)很明顯地減少了產(chǎn)生“好”網(wǎng)格所需要的時(shí)間。對(duì)于給定精度，解適應(yīng)細(xì)化方法使網(wǎng)格細(xì)化方法變得很簡(jiǎn)單，并且減少了計(jì)算量。其原因在于：網(wǎng)格細(xì)化僅限于那些需要更多網(wǎng)格的解域。</p><p>　　FLUENT是利用C語(yǔ)言編寫的，因此具有很大的靈活性與能力。因此，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，高效數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，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(yīng)各種機(jī)

89、器與操作系統(tǒng)，F(xiàn)LUENT使用client/server結(jié)構(gòu)，因此它允許同時(shí)在用戶桌面工作站和強(qiáng)有力的服務(wù)器上分離地運(yùn)行程序。</p><p>　　在FLUENT中，解的計(jì)算與顯示可以通過(guò)交互界面，菜單界面來(lái)完成。用戶界面是通過(guò)Scheme語(yǔ)言及LISP dialect寫就的。高級(jí)用戶可以通過(guò)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(jìn)行流動(dòng)模擬計(jì)算；(2)Pre PDF。用于模擬PDF燃燒過(guò)程的程序；(3) GAMBIT。用于建立幾何結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格生成的預(yù)處理程序；(4)TGrid?？蓮募河羞吔缇W(wǎng)格中生成體網(wǎng)格的附加前處理程序；(5)Filters (Translators)。用于轉(zhuǎn)換其它程序生成的網(wǎng)格，導(dǎo)入FLUENT進(jìn)行計(jì)算。在利用FLUENT軟件進(jìn)行流體流動(dòng)模擬計(jì)算時(shí)，先利用GAMBIT進(jìn)行流動(dòng)區(qū)域幾何形狀的構(gòu)建、邊界類型以及網(wǎng)格的生成，并輸

91、出用于FLUENT求解器計(jì)算的格式，然后應(yīng)用FLUENT求解器對(duì)流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行求解計(jì)算，并進(jìn)行計(jì)算結(jié)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(qiáng)大的網(wǎng)格支持能力 支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、變形網(wǎng)格以及滑動(dòng)網(wǎng)格等。它擁有多種基于解的網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)以及網(wǎng)格動(dòng)態(tài)自適應(yīng)技術(shù)，對(duì)于捕捉非常復(fù)雜的物理現(xiàn)象是非常有利的。</

92、p><p>　?。?）獨(dú)一無(wú)二的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù) 主要解決邊界運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，用戶只需指定初始網(wǎng)格和運(yùn)動(dòng)壁面的邊界條件，余下的網(wǎng)格變化完全由解算器自動(dòng)生成。這種技術(shù)可廣泛應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問(wèn)題以及物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律事先不知道而完全由流動(dòng)所產(chǎn)生的力所決定的問(wèn)題。</p><p>　　（3）先進(jìn)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(dòng)、跨聲速流動(dòng)乃至壓縮性強(qiáng)的超聲速和高超聲速流動(dòng)。</p><p>　?。?）博采眾長(zhǎng)的物理模型功能 使用戶能夠精確地模擬無(wú)粘流、層流、湍流、傳熱和傳質(zhì)、多孔介質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、顆粒運(yùn)動(dòng)、多相流、自由表面流、相變流等復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象。</p><p>　?。?）高效率的并行計(jì)算功能 提供多種自動(dòng)分區(qū)算法；內(nèi)置的MPI并行機(jī)制可以大幅度提高分布式并行效率。另外，F(xiàn)LUENT還具有動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡

94、功能，當(dāng)并行計(jì)算的CPU 負(fù)載不平衡時(shí)可自動(dòng)調(diào)整分區(qū)以確保全局高效率并行計(jì)算。</p><p>　?。?）強(qiáng)有力的圖形后處理功能 可以以動(dòng)畫、圖形、曲線以及具體數(shù)字報(bào)告的方式對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行方便地處理，而且還有專門針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的后處理功能。FLUENT還可以將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)出至ANSYS、NASTRAN、PATRAN、Fieldview、Tecplot等軟件。</p><p>　　利用FLUE

95、NT軟件可以對(duì)無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量或雖能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，但無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量其全部數(shù)據(jù)的化工操作單元的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,從而進(jìn)一步明確設(shè)備的流場(chǎng)分布及其影響因素,為設(shè)計(jì)提供參考。此外,利用FLUENT軟件進(jìn)行新品研發(fā)或工業(yè)放大則可以部分取代實(shí)驗(yàn)測(cè)量,縮短研發(fā)周期,提高經(jīng)濟(jì)效益。但必須注意的是,由于流體動(dòng)力學(xué)的基本理論尚不完善,模擬計(jì)算時(shí)有些邊界條件和初值不十分準(zhǔn)確,因此,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)并不能完全取代實(shí)驗(yàn)測(cè)量,模擬所得的最終計(jì)算結(jié)果必須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的

96、直接或間接驗(yàn)證方可利用。</p><p>　　Fluent軟件的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：航天航空、汽車設(shè)計(jì)、船舶、生物制藥、化學(xué)處理、石油天然氣、發(fā)電系統(tǒng)、電子半導(dǎo)體、渦輪機(jī)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(fèi)品、環(huán)境等。</p><p>　　可見，CFD模擬計(jì)算已成為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)中快捷高效的科學(xué)研究手段，可為諸如氣流流化床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供強(qiáng)大的計(jì)算功能

97、。</p><p>　　第1.3節(jié) 課題的研究重點(diǎn)</p><p>　　圍繞著圓錐型氣流流化床干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，利用CFD的相關(guān)商用軟件，主要開展了以下幾方面的研究工作，即</p><p>　?。?）構(gòu)建氣流干燥機(jī)的CFD計(jì)算網(wǎng)格模型；</p><p>　　（2）確定流場(chǎng)模擬的優(yōu)化指標(biāo)及計(jì)算初邊界條件；</p><p>

98、;　?。?）結(jié)合均勻設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)安排法，開展設(shè)備結(jié)構(gòu)與尺寸的優(yōu)化考察。</p><p>　　第2章 流場(chǎng)模擬與流化床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化</p><p>　　第2.1節(jié) 氣流流化床干燥機(jī)結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-1示意了一類圓錐型氣流流化床干燥機(jī)，其流化室上、下均為錐型結(jié)構(gòu)，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(nèi)物料的湍動(dòng)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(biāo)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(dòng)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的阻力損失，常稱為風(fēng)動(dòng)力損耗。從節(jié)省能耗的角度考慮，通常希望流化任務(wù)一定的工況下，操作的風(fēng)動(dòng)力損耗越小越好。當(dāng)風(fēng)速或風(fēng)量一定時(shí)，為使得風(fēng)動(dòng)力損耗降至最低，則應(yīng)對(duì)流化室的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)地設(shè)計(jì)，即流化室的各

100、結(jié)構(gòu)之間應(yīng)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(jì)算設(shè)計(jì)的四個(gè)參量。</p><p>　　第2.2節(jié) 內(nèi)部流場(chǎng)的CFD模擬</p><p>　　2.2.1 CFD理論模型</p><p>　　控制一切流體流動(dòng)的基本規(guī)律是質(zhì)量、動(dòng)量和能量三大守恒定律，可分別表示為連續(xù)性方程、動(dòng)量方程（又稱為納維爾-斯托克斯方