【摘 要】
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我国污水污泥逐年增多,热风干燥是污泥预处理的重要环节。提高干燥效率对于减小热交换器尺寸,降低成本有着重要的意义。脉动气流在提高换热及干燥效率中具有一定的优势,在干燥领域有着广泛的应用前景。因此,在本文中将使用脉动气流对污泥干燥过程进行研究,同时也使用稳定气流对污泥干燥过程进行研究。入口气流为热空气。通过CFD仿真技术,将污泥简化为多孔介质,建立干燥数学模型,对污泥薄层的水分丢失过程展开预测。本文首
【基金项目】
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国家自然科学基金项目资助（项目号:51976049）
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我国污水污泥逐年增多,热风干燥是污泥预处理的重要环节。提高干燥效率对于减小热交换器尺寸,降低成本有着重要的意义。脉动气流在提高换热及干燥效率中具有一定的优势,在干燥领域有着广泛的应用前景。因此,在本文中将使用脉动气流对污泥干燥过程进行研究,同时也使用稳定气流对污泥干燥过程进行研究。入口气流为热空气。通过CFD仿真技术,将污泥简化为多孔介质,建立干燥数学模型,对污泥薄层的水分丢失过程展开预测。本文首先对稳定流作用下的污泥干燥过程进行了数值模拟研究,在了解污泥干燥特性的同时,为脉动流作用下污泥干燥过程的研究奠定基础。改变入口气流温度、速度、污泥薄层厚度,结果表明污泥干燥过程可以分为升速干燥阶段、恒速干燥阶段及降速干燥阶段,污泥湿分比的变化规律在各个工况时趋势一致;当空气温度从100℃上升至180℃,干燥效率提升约47%,空气速度从0.5m/s上升至8m/s,干燥效率提升约40%,污泥厚度从15mm减小为5mm,干燥效率提升约38%。此外还分析了干燥时间与变量之间的关系,发现并不能通过无限的增大污泥温度及风速来提高干燥效率,当污泥在5-15mm的厚度之间,污泥越厚是越经济的。本文还对脉动流作用下的污泥干燥过程进行了数值模拟研究,入口气流的速度是周期性变化的,以UDF的形式调入FLUENT软件。通过改变脉动流的频率、振幅及波形,对污泥的干燥特性、流场特性及涡量等势面等进行分析,波形包括方波、正弦波及往复方波。结果表明在脉动流的作用下,可以强化污泥的干燥过程。研究频率对干燥的影响得出:频率增加至5Hz时,干燥时间节省了约4.13%;频率越大,污泥后缘处及顶部涡量越大,污泥尾部贴壁处速度越大,流体温度场越均匀,进而干燥效率越大,特别是污泥后侧干燥效率提升明显,但是在0-5Hz的范围内,频率越高增加幅度越来越小。研究波形对干燥的影响得出:三种波形均可增强干燥过程,方波与往复方波干燥效率相近,方波干燥效率略大于往复方波,正弦波干燥效率处于方波与稳定流之间;方波在污泥后侧产生的涡旋要大于正弦波,往复方波可以使得污泥的干燥更加均匀。研究振幅对干燥的影响得出:振幅越大,污泥顶部及尾部涡量越大,干燥效率越高,特别是污泥后侧干燥效率提升明显;振幅为1.5时,干燥效率提升明显;当振幅大于1时,出口气流返混,产生反复振荡,有利于干燥过程的进行。
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