鼠籠式制丹爐主要是將物料鉛膏冶煉還原成紅丹和黃丹的一種換熱設備,隨著研究方法的不斷完善,對于設備換熱性能的研究最為常用的是采用計算流體動力學(CFD)方法。本課題主要以某再生鉛廠應用于處理鉛膏的三層鼠籠式制丹爐為研究對象,分析該爐內(nèi)部的流場與優(yōu)化,提高其綜合性能,達到降低能耗適應生產(chǎn)的目的,這對于再生鉛行業(yè)具有十分重要的實用價值。首先,闡述了傳熱的基本方式與方程、流體流動的控制方程、數(shù)值模擬的方法和CFD對流場問題的基本求解過程,并建立該爐的計算模型,對其進行網(wǎng)格劃分、邊界條件與求解方式設置。然后對該爐殼側(cè)的流動與整體的綜合特性進行分析,并將模擬數(shù)值與實測數(shù)值進行對比,得到殼側(cè)壓力降的最大誤差為13.2%,總換熱系數(shù)的最大誤差為11.9%,誤差值在合理的范圍內(nèi),驗證了模型建立與求解的可靠性。最后采取相同的建模與求解方法,分別對制丹爐中折流板的螺旋角和管程直徑進行參數(shù)分析,先在改變螺旋角的情況下,分析折流板的螺旋角對制丹爐綜合性能的影響,再通過固定螺旋角,改變管程直徑,分析管程直徑變化對殼側(cè)壓力降的影響。得到在模擬的數(shù)值中,螺旋角為20°時制丹爐有著較優(yōu)的綜合性能,當螺旋角固定在20°時,管程直徑為500mm時制丹爐有著較優(yōu)的綜合性能,這可為三層鼠籠式式制丹爐進一步的研究提供理論參考依據(jù)。
【學位單位】：武漢科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TF806
【部分圖文】：

廢舊鉛酸蓄電池回收工藝流程圖

對于再生鉛行業(yè)具有十分重要的實用價值。1.爐體 I；2.爐體 II；3.爐體 III；4.物料口；5.煙氣口；6.料管補償器；7.爐體法蘭圖 1.2 三層鼠籠式制丹爐的結(jié)構圖1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析螺旋折流板換熱器作為一種較為新型的換熱設備[14]，其用途也因該種換熱設備的發(fā)展而變得更加廣泛，其設計基本思想是：利用螺旋折流板結(jié)構引導殼側(cè)中的流體呈現(xiàn)連續(xù)螺旋運動，從而改變了弓形折流板換熱器[15-17]中流體的 Z 型折返流動狀態(tài)，其中三層鼠籠式制丹爐中的螺旋折流板示意圖如圖 1.3 所示。相對于其它換熱器，螺旋折流板換熱器有著較優(yōu)的流動性能，其殼側(cè)的流體流動速度均勻并且無明顯的流動盲區(qū)[18-21]，由于螺旋折流板的引流作用，使得殼程壓力降小，

圖 1.3 螺旋折流板示意圖八十年代 Patankar 和 Spaldin[22]開始將 CFD 運用在換熱設備的分析中，由于當時計算機綜合性能較為落后，數(shù)值模擬發(fā)展受到較大的限制。但隨著工業(yè)需求不斷增大，換熱設備需要發(fā)展適應這種需求，從而強化了將計算流體力學運用到換熱設備的研究，此外一些學者和機構研究開發(fā)出一些新的分析軟件，如 PHOENICS，F(xiàn)LOW3D 等，并將這些模擬軟件應用到較為復雜的流場分析中，取得了良好效果。Lutcha 和 Nemcansky[23]分別對不同流速下的流體，在殼側(cè)加熱或者冷卻的工況下進行分析，總結(jié)得到在連續(xù)型螺旋折流板換熱器中，安裝了中心管情形時的傳熱系數(shù)更低的結(jié)論。然后再采用 Bell-Delaware 方法，較為綜合的分析了該種換熱器中的傳熱系數(shù)以及壓力降，并將各類影響因素歸類擬合出修正曲線。Kral 和 Stehlik[24-25]等人綜合分析螺旋折流板換熱器中流動與傳熱的特點，這促進了將該類換熱器應用于實際生產(chǎn)的發(fā)展。通過對殼程流體力學性能與設備中傳熱與壓力降實驗研究，得出了殼程中流體返混程度很低，也驗證了螺旋折流板結(jié)構應用在換熱器中的優(yōu)越性，然后將螺旋折流板的螺旋角從 5°到 45°之間進行試驗，對比其流動與傳熱性能，提出一種用傳熱系數(shù)與殼程壓力降的比值來衡
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本文編號：2866112