.932 北京科技大学学报 第30卷 测点5 复杂，其内部的物理和化学过程比较复杂，为了能 测点4（烟气+热气） 够全面真实地反映矿浆干燥和烧成过程的动力场、 温度场以及压力场的情况，建立该过程的三维数学 模型，数值模拟体系以干燥、烧成炉主体结构的边 炉 L800月 界为计算域，建立的物理模型如图3所示，图中各部 压缩空气 测点3 分的尺寸同图1.如图中所示，在干燥烧成装置的干 001 浆体 燥段选择1一1和2一2截面作为参考面，以便于对不 喷嘴 500 同工况的计算结果进行定量比较 测点2 成 烟气出口 测点1 500 2 热烟炉 “重力平衡阀 、粒状产品 图1矿浆干燥/烧成炉（单位：mm) 矿浆喷人 Fig.1 Ore pulp drying/calcination furnace (unit:mm) 原料 水 添加剂 压缩空气 原料破碎 造浆 泥浆泵 上雾化喷嘴 烟气 产品 密封阀 烧成 干燥 除尘 热烟炉 烟气人口 燃料空气 图3矿浆干燥/烧成物理模型 图2矿浆干燥和烧成工艺流程 Fig-3 Physical model of ore pulp drying/calcination Fig.2 Flowsheet of ore pulp drying/calcination 2.2工艺参数 2新型氧化铝干燥烧成装置的数学模型 根据现场实验的具体情况确定矿浆干燥和烧成 过程数学模型计算中的工艺参数见表1. 2.1物理模型 2.3数学模型 氧化铝矿浆干燥和烧成过程工序多，装置结构 矿浆的干燥、烧成过程是一个复杂的气体、颗粒 表1矿浆干燥和烧成过程的工艺参数 Table I Technological parameters of ore pulp drying and calcination 烟气流量/ 烟气入口 烟气入口 喷口速度/ 矿浆温 矿浆初始 矿浆水分 雾化 喷口 参量 (m3h- 温度/℃ 面积/m2 (ms-1) 度/℃ 粒径/m 质量分数/%张角/() 位置/m 数值 34800 1100 0.28274 300 20 200 50 5.8 9.1 两相三维流动与传热过程，其完整的数学描述十分 (③)采用轨道模型研究颗粒的经历，计算中假 复杂，需建立气相湍流模型、气相传热模型、颗粒离 设在每一个时间颗粒只发生两两碰撞，同时假设每 散相湍流运动模型、颗粒离散相水分蒸发模型和颗 个颗粒内部温度分布均匀： 粒离散相传热传质模型. (4)忽略水分在颗粒内的扩散阻力，水分的蒸 2.3.1基本假设 发近似按多孔表面总是维持一层水膜处理 为了便于模型建立和计算，作如下基本假设： 2.3.2数学模型 (1)鉴于炉内各部分流动均不属于强旋流动， (1)连续相数学模型，对于连续相的烟气，拟 建立气相湍流模型时，采用各向同性假设； 在欧拉坐标下研究其流动及传热规律，湍流模型采 (2)假设矿浆喷入后为粒度均匀、含水量一致 用k一e双方程模型，其控制方程可通过下列各式 的球形颗粒，含水量大小由实验确定； 描述图1 矿浆干燥／烧成炉（单位：mm） Fig．1 Ore pulp drying／calcination furnace （unit：mm） 图2 矿浆干燥和烧成工艺流程 Fig．2 Flowsheet of ore pulp drying／calcination 2 新型氧化铝干燥烧成装置的数学模型 2∙1 物理模型 氧化铝矿浆干燥和烧成过程工序多‚装置结构 复杂‚其内部的物理和化学过程比较复杂．为了能 够全面真实地反映矿浆干燥和烧成过程的动力场、 温度场以及压力场的情况‚建立该过程的三维数学 模型．数值模拟体系以干燥、烧成炉主体结构的边 界为计算域‚建立的物理模型如图3所示‚图中各部 分的尺寸同图1．如图中所示‚在干燥烧成装置的干 燥段选择1—1和2—2截面作为参考面‚以便于对不 同工况的计算结果进行定量比较． 图3 矿浆干燥／烧成物理模型 Fig．3 Physical model of ore pulp drying／calcination 2∙2 工艺参数 根据现场实验的具体情况确定矿浆干燥和烧成 过程数学模型计算中的工艺参数见表1． 2∙3 数学模型 矿浆的干燥、烧成过程是一个复杂的气体、颗粒 表1 矿浆干燥和烧成过程的工艺参数 Table1 Technological parameters of ore pulp drying and calcination 参量 烟气流量／ （m 3·h —1） 烟气入口 温度／℃ 烟气入口 面积／m 2 喷口速度／ （m·s —1） 矿浆温 度／℃ 矿浆初始 粒径／μm 矿浆水分 质量分数／％ 雾化 张角／（°） 喷口 位置／m 数值 34800 1100 0∙28274 300 20 200 50 5∙8 9∙1 两相三维流动与传热过程‚其完整的数学描述十分 复杂‚需建立气相湍流模型、气相传热模型、颗粒离 散相湍流运动模型、颗粒离散相水分蒸发模型和颗 粒离散相传热传质模型． 2∙3∙1 基本假设 为了便于模型建立和计算‚作如下基本假设： （1） 鉴于炉内各部分流动均不属于强旋流动‚ 建立气相湍流模型时‚采用各向同性假设； （2） 假设矿浆喷入后为粒度均匀、含水量一致 的球形颗粒‚含水量大小由实验确定； （3） 采用轨道模型研究颗粒的经历‚计算中假 设在每一个时间颗粒只发生两两碰撞‚同时假设每 个颗粒内部温度分布均匀； （4） 忽略水分在颗粒内的扩散阻力‚水分的蒸 发近似按多孔表面总是维持一层水膜处理． 2∙3∙2 数学模型 （1） 连续相数学模型．对于连续相的烟气‚拟 在欧拉坐标下研究其流动及传热规律‚湍流模型采 用κ—ε双方程模型‚其控制方程可通过下列各式 描述． ·932· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷