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环式冷却机冷却功效数值分析与漏风率测试方法研究

作　者: 曾琦
导　师: 夏建芳
学　校: 中南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 环式冷却机数值模拟烧结矿冷却多孔介质漏风率
分类号: TF321.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

鼓风环式冷却机主要用于烧结矿料的冷却,因其具有冷却效率高、结构紧凑等优点广泛应用于钢铁制造行业中。由于周围环境恶劣,环式冷却机在高温下的长时间工作使得密封橡胶圈软化脱落,漏风现象大大地降低了烧结矿的冷却效果,使环式冷却机在不同料层厚度下的回转速度不能够得到合理的调节。在对环式冷却机的改造和优化设计过程中,漏风率也是设计部门和质量技术部门参考的一项重要指标。因此,环式冷却机的流场分析和漏风率测试研究是一个急待解决的课题。本文对396m2鼓风环式冷却机进行研究,运用Gambit建模软件和Fluent流体分析软件,对环式冷却机料层厚度为1000mn、1100mm、1200mm、1300mm、1400mm的内部流场进行数值模拟,得出环式冷却机的冷却时间及漏风率。文章首先介绍了环式冷却机的工作原理和影响烧结矿冷却的因素,分析了影响环式冷却机工作效率的主要原因；其次将环式冷却机简化成两个子模型,分别建立数学模型,其中对烧结矿的冷却采用多孔介质模型(多孔介质能够很好的模拟烧结矿的内部结构)。接着用Gambit软件建立网格,指定边界条件类型,导入Fluent软件中进行仿真,求得了空气冷却烧结矿的温度场和速度场,得出料层厚度从1000mm-1400mm等不同厚度下的矿料从800℃冷却到150℃所需要的时间及其变化关系,间接得到了相应厚度下与环冷机回转时间相匹配的速度。另外,分析了不同料层厚度下的漏风率,研究表明：漏风率与漏风处的结构和多孔介质的阻力特性有关；烧结矿的料层越厚,环式冷却机的漏风率也越大；通过计算得出396m2环式冷却机的漏风率最大为30.28%。最后探究了396m2鼓风环式冷却机漏风率的测试方法,现场测试数据分析表明,测试结果与仿真分析结果其误差均在5%之内,证实了数值模拟结果的合理性和正确性。本文的研究成果对环式冷却机的设计和改造有重要的理论指导意义,并为设计部门提供了可靠的密封性能数据指标。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 环式冷却机简介  8-12
    1.1.1 环式冷却机的主要结构  8-10
    1.1.2 环式冷却机的工作原理  10-12
  1.2 环式冷却机国内外应用与研究现状  12-13
  1.3 影响烧结矿冷却的因素  13-15
  1.4 课题的提出  15
  1.5 本文研究的主要内容  15-17
第二章环式冷却机的数学模型  17-35
  2.1 环式冷却机的简化  17-18
  2.2 环式冷却机的主要性能参数  18-19
  2.3 空气在管道内流动的数学模型  19-23
    2.3.1 流体流动和传热的基本方程  19-21
    2.3.2 湍流模型的选择  21-23
  2.4 烧结矿冷却的数学模型  23-31
    2.4.1 多孔介质简介  24
    2.4.2 多孔介质的宏观性质  24-27
    2.4.3 多孔介质模型的控制方程  27-30
    2.4.4 湍流模型的选择  30-31
  2.5 流场数值计算的主要方法  31-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章环式冷却机流动与传热的数值模拟  35-46
  3.1 计算流体力学及FLUENT软件简介  35-36
    3.1.1 计算流体力学简介  35
    3.1.2 FLUENT软件  35-36
  3.2 空气在管道内流动的数值模拟  36-42
    3.2.1 计算模型的假设  37
    3.2.2 几何模型的建立  37
    3.2.3 模型的网格划分  37-39
    3.2.4 边界条件的确定  39-41
    3.2.5 边界上湍流参数的确定  41-42
  3.3 多孔介质中流动及传热的数值模拟  42-45
    3.3.1 计算模型的假设  43
    3.3.2 几何模型的建立  43-44
    3.3.3 模型的网格划分  44
    3.3.4 边界条件的确定  44-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章不同料层厚度下的冷却功效与漏风率计算分析  46-67
  4.1 管道内空气流动的仿真计算  46-53
    4.1.1 计算参数的设定与输入  46-47
    4.1.2 管道内空气的速度场分析  47-52
    4.1.3 质量流量和出口速度分析  52-53
  4.2 烧结矿冷却的仿真计算  53-65
    4.2.1 计算参数的设定与输入  53-54
    4.2.2 不同料层厚度的温度场分析  54-60
    4.2.3 不同位置的漏风率分析  60-63
    4.2.4 不同料层厚度的漏风率分析  63-65
  4.3 本章小结  65-67
第五章环式冷却机漏风率测试实验研究  67-75
  5.1 环式冷却机漏风率测试实验总体设计  67-70
    5.1.1 测试实验目的  67
    5.1.2 测试方法研究与现场测试要求  67-69
    5.1.3 测试仪器的选择  69
    5.1.4 测点的选择与布置  69-70
  5.2 环式冷却机漏风率计算方法  70-71
  5.3 环式冷却机测试实验结果的处理与分析  71-74
    5.3.1 测试实验数据的处理  71-72
    5.3.2 测试实验结果与仿真结果对比分析  72-74
  5.4 本章小结  74-75
第六章全文总结与展望  75-77
  6.1 全文总结  75-76
  6.2 全文展望  76-77
参考文献  77-82
致谢  82-83
攻读学位期间主要的研究成果  83-84
附录  84-86

环式冷却机冷却功效数值分析与漏风率测试方法研究

内容摘要

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