分解炉内伴有燃烧、化学反应的两相湍流流动的数值模拟

作者：肖国权^*

来源：硕士, 武汉理工大学, 2005-02-01.

• 分解炉
• 气-固两相流
• Realizable k-&epsilon
• 模型
• 数值模拟

本文结合“863”项目“低环境负荷型水泥及胶凝材料关键制备技术”的子专题“水泥分解炉内气-固两相流场数值模拟”进行。分解炉是新型干法水泥生产线上预分解技术的核心设备，分解炉内物料的浓度分布、运动速度、停留时间，气相的流动速度、温度、压力分布情况都直接影响炉内煤粉的燃烧效率和生料的分解率。本文旨在通过研究分解炉内气固两相流动特性、煤粉燃烧、生料分解与流动参数之间的关系，为分解炉的优化设计、运行调控提供依据。 本文基于CFD商用软件FLUENT6.0，采用Realizable(带旋流修正的)κ-ε的模型，在不同进口条件下模拟了分解炉内三维气相湍流流场，获得炉内合理的速度、压力和温度场。继而采用不同多相流模型(Eulerian模型、mixture模型和离散相模型)模拟了分解炉内冷态气-固两相三维流场，结果显示Eulerian(Mixture)模型对这种流场比较合适，由此进一步采用Eulerian(Mixture)模型对生料口与三次风口的相对位置的不同方案及2种高径比不同的炉型进行了对比性数值模拟，结果表明：该分解炉各个进口位置及高径比设计合理，有利于生料和煤粉入炉后迅速扩散并充分混合，加快煤粉着火燃烧和生料分解。 在气相流场和冷态气-固两相流场模拟的基础上，通过大量的试算和分析研究，采用了有限速率／涡耗散模型模拟分解炉内煤粉燃烧及碳酸钙分解的气-固两相流场，所得炉内的速度、压力、温度和组分浓度分布合理，为分解炉的优化设计和运行调控提供参考信息。