污泥干燥筒流场数值模拟分析

孟亚峰

（鹤壁职业技术学院，河南，鹤壁458030）



污泥干燥筒流场数值模拟分析

孟亚峰

（鹤壁职业技术学院，河南，鹤壁458030）

摘要：转筒式污泥干燥机是目前常规化的污泥处理设备。如何确定污泥在转筒内的运动状态，直接影响污泥的干燥效率，本文通过有限元分析软件ANSYS，结合流体力学理论，建立实体模型及数学模型，定性分析滚筒内的流体流动状态，为改进滚筒结构提供了理论支持。

关键词：污泥干燥分析有限流体

引言

回转干燥器的生产能力可以连续运行，这对城市污水污泥处理无疑非常有利。但在实际应用中，转鼓干燥器热效率不高，内缸和缸内的温度和流动的状态的热流量的变化使运动机构污泥干燥机的研究不再局限于滚筒干燥过程中提出的数学模型和实验研究的干燥的过程。随着计算机技术的发展，人们开始利用计算机技术对滚筒干燥设备的设计和开发。这为解释转缸内的物料运动、传热传质和滚筒干燥设备的研究开发过程提供了一个方便的参考。

本章运用ANSYS Workbench有限元软件对标准直型传热烘干机进行改进。近似表达式的可视化和仿真可以反映工作状态下的运行状态和状态参数，对结构简单、操作方便的滚筒干燥设备的实际工况具有重要的参考价值。

1 基于ANSYS Workbench的滚筒烘干机的流场理论模型

旋转式干燥器中流体流动的物理数学模型，是一种忽略了流体物理性质随温度变化、流体不改变、自然对流、辐射换热而改变的物理和数学模型。为了获得湍流粘性系数，标准的双方程模型可以用来求解方程。因此，可用方程解释。未知数有（i=1,2,3）、P、E、u1，方程有1个连续性方程，3个能量方程，1个能量方程，加上1个求解，得到湍流粘度系数的方程，使方程可以得出：

2 滚筒式干燥器的流场分析及计算模型

大型有限元软件ANSYS对workbench14.5复杂的多物理场耦合问题提供了最完美的解决方案。ANSYS公司拥有世界先进的网格，计算结构力学、动力学、计算流体力学、线性和非线性动力学分析技术开发和提供世界一流的求解器技术，并通过先进的软件和硬件平台的支持，实现了大规模问题的有效解。

旋转式滚筒干燥器的流场分析和计算一般包括计算模型、边界条件和参数、计算和结果分析。滚筒烘干机的流场分析是基于ANSYS Workbench CFX分析模块建立在完整实体模型流场和自旋的信道模型的烘干机内部流场的分析。

流场计算模型的建立包括几何建模和网格划分。利用SolidWorks软件生成筒烘干机模型，如图1所示。将文件保存为x-t格式。利用ANSYS Workbench CFX分析模块进行流场计算，文件导入x-t格式的几何designmodeler建立传输机流量的几何模型，以便于在ANSYS ICEM CFD网格将烘干机的流场进行分块，如图44中的烘干机流场的几何模型。该滚筒烘干机流场的ANSYS ICEM CFD网格划分，主要包括几何模型的介绍，编辑设置、网格和质量分析。

图1 回转滚筒式干燥器流场的网格模型

3 回转滚筒干燥器中流场的数值模拟与分析

滚筒干燥机电源内部流场的数值模拟是由求解CFX求解器计算。求解器可以监控解决方案，显示收敛。当数值差值达到10-4时计算结束，模块CFX后现代可视化技术的处理和滚筒烘干机内部流场进行详细分析，得到流场的各种参数分布情况。

转筒干燥器内流体运动可以显示，从入口沿轴向流出的气体，在过程中流体的湍流和对流换热与外部气体的能量减少。因此，从以下几个方面对滚筒式烘干机内部流场进行分析。

（1）流量和流量。旋转式滚筒式干燥器的流线分布图显示了相对于气缸的气体速度。在鼓的流道，气流分布更均匀，从流体入口距离流体入口5.5m处是流体入口边界速度，流体入口速度边界为4.115米m/s，中间的气体流速较低，逐渐接近0。流体的速度急剧增加，出口速度最高达到9.617m/s。总体上，转筒的内部结构设计很好。

（2）压力。气体流动过程中，它被称为随着气体在流动通道中的膨胀。压力逐渐减小，气体对气缸体的结构作用力逐渐减小。由于气体流量不高，流量过程中的气体压力很小，浮动压力非常小。

（3）温度。距离液对空气进口或出口中心位置的流体XY截面温度分布不同的入口位置，分布在流体XY截面温度不同位置的中心位置。流体和外部对流传热方法，管内壁结构在很大程度上影响着流体对流换热强度。在转鼓内壁无抄板和导流板，在热流体温度分布的外转子圆筒壁面附近出现边界位置，温度低于50℃，温度分布主要在流体域圆壁面。在气缸壁的抄板和导流板，在热分布的外部流体的温度，使流体在转筒壁内部抄板和高强度的对流热传导板温差大，约300℃，说明了鼓内部结构增加液体的对流换热强度,提高鼓干燥的热效率。

对流体区域为YZ纵断面的温度分布，在流域边界的温度梯度变化大。之后，温度梯度有逐渐减小的趋势。空气入口到出口气流的气流，轴向壁温降低，同时也均匀的径向扩散充分发展状态。空气温度1800℃，最小气流温度1500℃。分析表明，在不同强度的对流传热的不同位置和流体域的边界层对流换热强度大于内部流体域的热传导流体域的强度，尤其是在导向板和抄板和外部对流换热能力，转筒内的温度分布和热流扩散筒的内部结构，转鼓干燥机内部结构边界地区是最强的干颗粒污泥，颗粒污泥的干燥效果明显。

4 滚筒式干燥器内部流场的能量分析

转烘干机内部流场分析后，根据旋转滚筒干燥器内流体流动的方向，流体在流动中的湍流和外部对流散热效果，流体能量减少，能量损失主要用于干燥和它的温度上升所产生的能量消耗。为了减少无用的能源消耗，在外鼓增加保温装置，减少热损失的液体。因此，在流体与物料之间的对流换热越大，整个滚筒干燥器的能量利用效率就越高，实现了能量的充分利用。

5 小结

本文详细描述回转干燥器的内部流场，并进行相应的分析。介绍了流体力学和热力学的基本理论，在干燥机内的稳定的流体流动的数学模型，忽略了流体的物理性质与温度、自然对流和辐射传热的作用，流体相态变化，结合湍流输运模型平均N-S方程，考虑到雷诺兹的压力和相应的梯度方程的体积后，添加等效粘滞系数和热扩散系数、湍流粘性系数为解决两方程模型，可以使用标准；然后详细的介绍了基于CFX ANSYS Workbench平台的分析流程，分析计算流量干燥器的一般模型，设置边界条件和参数，计算和结果分析处理。

通过计算，烘干机的热空气流动相对稳定，热量流经筒壁，抄板和导向料板，湍流效应加剧，加速了流体和待干燥物料的传热传质，说明旋转筒干燥器内部结构设计可以提高流体的能量利用率，并根据数值模拟推断转干物料的对流换热系数，强化传热和物料的干燥传热和传质能力，提高使用效率。

参考文献

［1］周宏伟，芮延年等，带式干燥机污泥自动挤出装置结构优化设计，机械设计与制造，2014（6）：43-45.

［2］郑光忠，来宾垃圾焚烧发电厂污泥处理与资源化的技术，化学工程与装备，2014（1）：179-181.

［3］魏瑞军，余权恒，污泥干燥特性及动力学模型分析，山东化工，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

基金项目：节能型污泥干化技术装备及污泥资源化研究（152102210199）。