基于LBM和FVM的水泥熟料换热研究

发布时间：2017-08-22 12:26

  本文关键词：基于LBM和FVM的水泥熟料换热研究

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【摘要】：随着世界各国对低碳经济认识的不断提高,水泥生产中的能耗、污染及热能回收问题已逐渐成为全球水泥工业关注的焦点。篦冷机是水泥生产过程中最重要的工艺设备之一,水泥熟料在篦冷机内的换热过程直接关系到篦冷机的能耗、污染、热回收等问题以及水泥的质量。本文研究了水泥熟料的换热机理及整个熟料层的换热规律,其结论将为优化篦冷机工作参数、提高热回收率和节能减排提供一定的理论基础。首先,采用实验方法确定了表征水泥熟料堆积体宏观物理特性的最小单元即体特征元的尺寸,实验得到体特征元的尺寸。采用切片法和统计法获得了体特征元的二维模型,该模型给出了水泥熟料堆积体的详细的孔隙结构数据,为水泥熟料堆积体的换热机理研究奠定基础。然后,采用基于孔隙尺度的格子Boltzmann方法对体特征元进行模拟,得到了体特征元内空气的流场和温度场以及熟料颗粒的温度场分布规律,揭示了水泥熟料堆积体的换热机理,得到合理的供风风速区间,结果表明,熟料的堆积情况和孔隙度对冷却效果有很大影响。最后,对熟料层整体建立数学模型,并考虑局部非热平衡效应、热弥散效应、颗粒尺寸和变孔隙度对换热的影响,采用有限体积法对控制方程进行离散,基于SIMPLE算法进行求解,得到了熟料层整体的换热规律。通过和现场采集数据的对比,验证了模型的正确性。
【关键词】：水泥熟料 体特征元 格子Boltzmann方法 有限体积法
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ172.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 水泥工业及装备的发展9-11
• 1.3 相关领域的研究现状11-15
• 1.3.1 水泥熟料换热的研究现状11-13
• 1.3.2 多孔介质渗流换热的研究现状13-14
• 1.3.3 格子Boltzmann方法的的研究现状14-15
• 1.4 课题来源和主要工作15-16
• 1.4.1 课题来源15
• 1.4.2 主要研究内容15-16
• 第2章 格子Boltzmann方法的基本理论16-28
• 2.1 引言16
• 2.2 格子Boltzmann方法16-22
• 2.2.1 格子Boltzmann方程16-18
• 2.2.2 格子Boltzmann方法的基本模型18-20
• 2.2.3 Chapman-Enskog展开及基本模型的宏观方程20-22
• 2.3 热格子Boltzmann模型22-25
• 2.3.1 MS模型22-23
• 2.3.2 DDF模型23-25
• 2.4 边界条件的处理25-27
• 2.4.1 周期性边界处理格式25-26
• 2.4.2 标准反弹格式26
• 2.4.3 非平衡外推格式26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 水泥熟料体特征元的实验研究28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 篦冷机内水泥熟料的换热过程28-30
• 3.3 体特征元的建立30-35
• 3.3.1 实验装置设计31-33
• 3.3.2 实验过程及结果33-35
• 3.4 体特征元孔隙实验方法35-40
• 3.4.1 取样与切片35-36
• 3.4.2 图像采集与处理36-39
• 3.4.3 二维计算区域的建立39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 基于LBM的体特征元换热机理研究41-59
• 4.1 引言41-42
• 4.2 物理模型42-43
• 4.3 宏观控制方程43-44
• 4.4 孔隙尺度格子Boltzmann方程44-48
• 4.5 边界处理48-50
• 4.6 计算过程及模拟结果50-57
• 4.7 本章小结57-59
• 第5章 基于FVM的水泥熟料换热规律研究59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 模型的建立及求解59-68
• 5.2.1 物理模型59-60
• 5.2.2 控制方程60-61
• 5.2.3 模型的求解61-68
• 5.3 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果74-75
• 致谢75

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本文编号：719163