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目录摘要

1 Abstract

2 第1章 绪论

3 1.

1 研究背景与意义

3 1.2 课题研究进展

3 1.2.1工业干燥技术

3 1.2.2流化干燥的数学模型

10 1.2.3 CFD计算方法及研究进展

12 1.3 课题的研究重点

18 第2章 基于CFD模拟的设备结构优化

19 2.1带布风板的卧式流化床干燥机

19 2.2内部流场的CFD模拟

19 2.2.1 CFD计算方程

19 2.2.2计算流程

19 2.2.3 模拟用参数

22 2.2.4 计算网格

22 2.3 计算结果与讨论

24 2.3.1计算结果

24 2.3.2 优化后的流场考察

27 第3章 结论

29 参考文献

30 致谢

34 摘要针对带传统平板布风板的工业卧式流化床,为进一步降低操作压降,拟在文献调研的基础上,基于计算流体力学理论及相应的商用软件,结合均匀设计的实验安排法,开展设备内部流场的计算与模拟,以及设备主体结构的尺寸优化研究.结果表明,在计算拟定的设备主体尺寸及操作工况下,当流化床的进口锥体长度、进口直径、出口锥体长度及出口直径各自与设备主体圆筒直径间的尺寸比例依次为0.

65、0.

35、0.75和0.15时,操作的风动力压降可降至最小,此时床内的流场分布效果也较佳. 关键词:卧式流化床,布风板,计算流体力学,均匀设计;

结构优化 Abstract For traditional industrial horizontal plate distributor fluidized bed, to further reduce the operating pressure drop, to be on the basis of documentary research, commercial software based on theoretical and computational fluid dynamics, arranged by the experiment of combining uniform design, calculation and simulation of the flow field inside the equipment, as well as equipment size optimization of the main structure. Results indicates that,In the calculation of main body size and worked equipment operating conditions,when the proportion between the import of the fluidized ,the diameter,the exit cone length ,the exit diameter,and the main body of the device are the following 0.65,0.35,0.75,0.15,the operation of wind power pressure drop can fell to minimum, at this time flow the field distribution effect within the bed also more better. Keywords: horizontal fluidizedbed ;

air distribution plate;

computationalfluid mechanics ;

uniform design ;

structure optimization;

第1章 绪论 第1.1节 研究背景与意义 干燥是现代工业中运用极为广泛的一种操作技术,其技术水平及相应设备的先进与否,直接影响着生产企业的经济效益和产品竞争力.经过近几十年的快速发展与追赶,我国的干燥设备虽然已经结束了完全依赖进口的被动局面,自行制造的干燥设备目前可基本满足国内市场的一般生产要求,甚至还有个别机种出口到国外.但总体而言,与国外的同类设备相比,国内的干燥设备制造水平仍处于积累发展阶段,尚不能较好满足当前如制药与催化剂制造等新兴行业中的高精技术要求,亟待进一步地改进与研发. 在当前的工业干燥器设计过程中,通常采用模拟设计和相似设计的办法,绘制样机,然后按照比例放大或缩小,对部分不完善的部分进行改进,以适应自己的生产条件和能力.只有在样机制造出来之后才能知道是否符合自己的要求,具有一定的盲目性和风险性,并且设计周期长,产品的更新换代速度慢,成本浪费情况仍很严重.此外,自动化程度低,使用范围小,能源使用效率低,也是我国干燥行业发展中急待解决的问题. 针对上述问题,大量学者提出了一种新的解决思路,即可借助计算流体力学理论及相应的商业应用软件对干燥机内的流场进行模拟,进而分析得出最佳的结构尺寸,如此可大量节约研发成本,缩短设计周期,提高设计的精确性. 第1.2节 课题研究进展 1.2.1 工业干燥技术 1.2.1.1 技术简介 干燥就是利用热能使湿物料中的湿分(水分或其他溶剂)汽化,水汽或蒸汽经气流带走或由真空泵将其抽出除去,而获得固体产品的操作过程.干燥技术在人类的生产生活中起到了越来越大的作用,亦在国民经济的各部门发挥着重要功用,从传统的化学工业产品如肥料、染料、无机盐到新兴的医药、工业、粮食、食品、饲料等行业均离不开干燥过程.通过干燥操作,产品更加便于加工、运输、贮存和使用,且更具有优异的扩散性、均一性.正确地完成干燥过程有利于保证和改进产品的质量,对提高生产促进经济的发展有十分重要的作用. 干燥是利用热能使湿物料中的湿分(水分或其他溶剂)汽化,水汽或蒸汽经气流带走或由真空泵将其抽出除去,而获得固体产品的操作过程.经过近几十年的快速发展,我国的干燥技术及设备虽然已经结束了完全依赖进口的被动局面,但总体而言,与国外的同行业相比,国内的干燥设备设计技术目前仍不够成熟,多数仍是在借鉴国外同类技术的基础上小幅改进而成.在设计过程中,通常均采用模拟设计和相似设计的办法,绘制样机,然后按照约定比例进行放大或缩小,其间再对部分不完善的地方进行改进和革新,以此适应自身的生产条件或扩展生产能力.显然,诸如此类的设计流程和方法势必将存在较大的先天不足或缺陷,不仅具有较高的盲目性和风险性,如只有待样机制造出来后方可验证设备是否符合要求,另一方面也极大延长着设计周期,导致生产产品的更新换代滞后,成本攀高.此外,自动化程度低、适应范围窄、能耗高亦是我国干燥设备普遍存在的特点,故而也严重制约着国内干燥技术的快速发展,亟待进一步解决. 干燥单元的重要性不仅在于它对产品生产过程的效率和总能耗有较大的影响,还在于它往往是生产过程的最后工序,操作的好坏直接影响产品质量,从而影响市场竞争能力和经济效益.我国有许多产品,就纯度而言已经达到甚至超过国外产品;