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关于悬浮烘干机冷态流场的实验研究

发布时间:2014-4-12 10:14:41    来源:专业烘干机厂家--河南中焦矿山设备有限公司

    悬浮烘干机是一种用于烘干粉状及小颗粒物料的高效烘干设备,在水泥行业中,可以用于烘干矿碴或粉煤灰一类的小颗粒状或粉状的混合材。其工作原理简述如下:如图1所示,由燃烧室产生的高温烟气以一定的速度(30~35m/s)沿切线方向被抽入到一个被称为烘干筒的立式圆筒体内,湿物料从烘干筒的上端加入,由于烘干筒内的气流速度(8~11m/s)远大于物料的沉降速度(例如,根据推算粉煤灰在气流中的沉降速度在(0.006~0.06m/s的范围),这就使得物料全部悬浮在高温气流之中,构成物料和气流的混合体呈顺流螺旋状运动。这样,热气体就在良好的传热条件下,不断地将热量传给湿物料,《河南中焦烘干设备有限公司》使湿物料中的水分得到蒸发,物料本身得到烘干。然后,干物料又与废气一起沿切线方向离开烘干筒,继而再由旋风分离器和扩散收尘器以及后面的袋式收尘器把二者分离开来。
    在文献〔姜洪舟.李应开 悬浮烘干机的性能分析 1993(04)〕中,曾对悬浮烘干机的性能进行了分析。为了能够对悬浮烘干机内的工作情况有一个进一步全面而彻底的了解,以便为悬浮烘干机的合理设计、操作和改进提供必要的理论依据,笔者对悬浮烘干机内的冷态流场进行了有关的实验研究。这是因为流场是悬浮烘干机的基础,也正是由于悬浮烘干机内的流场与一般烘干机内的流场有所不同,就使得在悬浮烘干机内被烘干的物料能够充分地分散在干燥介质的气流之中,而呈悬浮态,从而获得极高的传热效率和传质效果。另外,对悬浮烘干机内流场的研究结果也为以后对悬浮烘干机内传热和传质规律进行研究提供了必要的理论基础。
图1 悬浮烘干机的工作原理简图 图2 实验系统流程图
1实验装置和测量仪器
    根据悬浮烘干机的流程而设计的实验系统流程如图2所示。为了使实验结果能够真实地表现出悬浮烘干机内的气体流动情况,将测定条件控制在悬浮烘干机实际操作的风速范围以内(测量时,进口的平均速度Vin为33.2m/s)。根据所研究流场的特点,选用柱坐标系来进行研究,即将悬浮烘干机内的气流速度分为切向速度V0、轴向速度Vz和径向速度Vr这3个速度分量来进行研究。关于这3个速度分量的规定如图3所示。实验中,采用了热线风速仪和五孔探针这两种测量仪器对所研究的气流场进行了测量,这两种仪器的测量结果基本上是一致的。图4为在同一个测孔上使用这两种测量仪器所得到的测量结果的对比。
图3 图4
2实验结果
    关于悬浮烘干机实验模型内冷态气流场的测量结果如图5(a),(b),(c),(d)所示。其中图5(a)为切向速度的分布图;图5(b)为轴向速度的分布图;图5(c)为径向速度的分布图;图5(d)为压强的分布图。实验中,在实验模型所开的测量孔上用热线风速仪从悬浮烘干机模型的中心到其边壁逐点测量了 一整套的数据;用五孔探针只是对靠近烘干筒边壁的部分区域进行了测量,这是由于烘干筒中心的一部分区域,由于气流比较弱,用五孔探针难以将此测量准确。这样就造成了凡是仅能够用五孔探针来进行测量的一些量(如径向速度,压强〉在烘干筒中心的一部分区域内无测量结果的情况,如图5(c)和图5(d)所示。

3结果与讨论
从实验结果可以看出,悬浮烘干机内的气流场是一个比较复杂的流场。在3个速度分量中,切向速度 大,且它的轴对称性较好,从切向速度和轴向速度的分布还可以看出,在靠近边壁部分区域内的气流较强,而中心部分区域的气流较弱。根据传热和传质的理论可知,气流强的地方传热和传质的效果好;而气流弱的地方传热和传质的效果差。由此可以推断出在靠近烘干筒边壁的部分区域内,传热和干燥的效果较好;而气流较弱的中心部分区域内传热和干燥的效果较差。据此,提出以下二条建议,以供有关的人员设计时参考。
1)针对烘干筒内靠近烘干筒边壁附近的部分区域内气流较强,换热和干燥效果较好的特点,建议在烘干筒内的上部设立一个撒料锥,使得进入烘干筒的待烘干物料(湿物料)能够沿撒料锥的边壁撒向靠近烘干筒边壁气流较强的区域,从而可以提高悬浮烘干机的换热和干燥效果。撒料锥的结构如图6所示。
图6 图7
2针对烘干筒内中心部分区域内的气流弱,干燥条件差的特点,建议在烘干筒的中心区域内设立一个圆筒体,如图7所示。这样,就可以使得烘干筒内的干燥区域成为一个环形空间,从而能够充分有效地利用其有效空间来作为干燥空间。


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