三层鼠笼式制丹炉的流场分析及优化设计

发布时间：2020-11-01 21:17

　　 鼠笼式制丹炉主要是将物料铅膏冶炼还原成红丹和黄丹的一种换热设备,随着研究方法的不断完善,对于设备换热性能的研究最为常用的是采用计算流体动力学(CFD)方法。本课题主要以某再生铅厂应用于处理铅膏的三层鼠笼式制丹炉为研究对象,分析该炉内部的流场与优化,提高其综合性能,达到降低能耗适应生产的目的,这对于再生铅行业具有十分重要的实用价值。首先,阐述了传热的基本方式与方程、流体流动的控制方程、数值模拟的方法和CFD对流场问题的基本求解过程,并建立该炉的计算模型,对其进行网格划分、边界条件与求解方式设置。然后对该炉壳侧的流动与整体的综合特性进行分析,并将模拟数值与实测数值进行对比,得到壳侧压力降的最大误差为13.2%,总换热系数的最大误差为11.9%,误差值在合理的范围内,验证了模型建立与求解的可靠性。最后采取相同的建模与求解方法,分别对制丹炉中折流板的螺旋角和管程直径进行参数分析,先在改变螺旋角的情况下,分析折流板的螺旋角对制丹炉综合性能的影响,再通过固定螺旋角,改变管程直径,分析管程直径变化对壳侧压力降的影响。得到在模拟的数值中,螺旋角为20°时制丹炉有着较优的综合性能,当螺旋角固定在20°时,管程直径为500mm时制丹炉有着较优的综合性能,这可为三层鼠笼式式制丹炉进一步的研究提供理论参考依据。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF806
【部分图文】：

废旧铅酸蓄电池回收工艺流程图

对于再生铅行业具有十分重要的实用价值。1.炉体 I；2.炉体 II；3.炉体 III；4.物料口；5.烟气口；6.料管补偿器；7.炉体法兰图 1.2 三层鼠笼式制丹炉的结构图1.2 国内外研究现状分析螺旋折流板换热器作为一种较为新型的换热设备[14]，其用途也因该种换热设备的发展而变得更加广泛，其设计基本思想是：利用螺旋折流板结构引导壳侧中的流体呈现连续螺旋运动，从而改变了弓形折流板换热器[15-17]中流体的 Z 型折返流动状态，其中三层鼠笼式制丹炉中的螺旋折流板示意图如图 1.3 所示。相对于其它换热器，螺旋折流板换热器有着较优的流动性能，其壳侧的流体流动速度均匀并且无明显的流动盲区[18-21]，由于螺旋折流板的引流作用，使得壳程压力降小，

图 1.3 螺旋折流板示意图八十年代 Patankar 和 Spaldin[22]开始将 CFD 运用在换热设备的分析中，由于当时计算机综合性能较为落后，数值模拟发展受到较大的限制。但随着工业需求不断增大，换热设备需要发展适应这种需求，从而强化了将计算流体力学运用到换热设备的研究，此外一些学者和机构研究开发出一些新的分析软件，如 PHOENICS，FLOW3D 等，并将这些模拟软件应用到较为复杂的流场分析中，取得了良好效果。Lutcha 和 Nemcansky[23]分别对不同流速下的流体，在壳侧加热或者冷却的工况下进行分析，总结得到在连续型螺旋折流板换热器中，安装了中心管情形时的传热系数更低的结论。然后再采用 Bell-Delaware 方法，较为综合的分析了该种换热器中的传热系数以及压力降，并将各类影响因素归类拟合出修正曲线。Kral 和 Stehlik[24-25]等人综合分析螺旋折流板换热器中流动与传热的特点，这促进了将该类换热器应用于实际生产的发展。通过对壳程流体力学性能与设备中传热与压力降实验研究，得出了壳程中流体返混程度很低，也验证了螺旋折流板结构应用在换热器中的优越性，然后将螺旋折流板的螺旋角从 5°到 45°之间进行试验，对比其流动与传热性能，提出一种用传热系数与壳程压力降的比值来衡
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本文编号：2866112