低温闭式循环污泥干化设备烘房风场基础数值模拟研究

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目前,我国经济的快速发展使环境面临着越来越多的挑战,污泥产量随着工业化水平的提升也日渐增多。根据对污泥含水特性的了解,传统的机械脱水设备只能脱去污泥四种水分中的自由水分,脱水效率较低。低温闭式循环污泥干化设备以热泵干燥为主要技术手段,能有效地对污泥进行深度干化,从而减轻污泥对环境的影响,增加污泥的处置途径,受到了社会各界广泛的关注。因此本文将利用数值模拟的方法,从风源和物料两个角度对低温闭式循环污泥干化设备的烘房风场做基础研究。使用ICEM软件完成设备烘房的模型构建等多项工作;使用Fluent软件对设备现运行工况下烘房的气流组织情况进行数值模拟研究。结果表明,对于烘房进风由送风机送出后最先经过的第三层网带下侧面来说,其速度云图显示该面的速度分布表现为中间速度大,两侧速度小,整体速度分布并不均匀。观察烘房中部截面发现,第三层网带左侧风速较大且密集,到达第二层网带的风其速度有明显的衰减;第一层网带因靠近循环风机和回风口,风速得以补充。第二次和第三层网带之间存在一定的低速稀疏区域。为改善烘房内气流组织,列举了影响烘房内部气流组织的五种因素:风机转向、有无挡板、风量大小、扇叶数量以及叶片角度。对每个影响因素均考虑了四种水平,利用正交试验设计了16种工况,并利用Fluent软件进行模拟计算。以不均匀系数、面平均速度、面平均压强为三个评价指标,对其进行极差分析。通过比较极差大小,对影响因素进行排序。利用位级趋势图确定了两个风机转向为左逆右顺,两个风机中间有挡板,每台风机7000m~3/h风量,15个扇叶以及叶片角度为75°的最优工况设定。最优工况与现工况相比,流场均匀性有较为明显地提升,烘房工作环境有较大的改善,达到了优化烘房内部气流组织的目的。通过构建正方形、圆形、三角形和两种矩形的物料剖面形状,在二维层面对几种形状的物料升温过程进行了数值模拟研究。以木材为模拟物料对象,将烘干时长设为80s时,4*9矩形物料的面平均温度最大。适当地减少和增加烘干时间后对比发现,4*9矩形物料达到同一温度所用的时间最少,以此推测该剖面形状下的的柱状泥条其升温过程最短,干化程度最好。该尺寸下的污泥易成形,且易于工业化实现。
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