水泥窑头冷却器换热管流场均匀性模拟 原创

项目简介

某为水泥窑头冷却器进气结构为异形梯形结构，进气管道斜45°插入进气口，且进气管道风速较高，约24.4m/s，烟气在进气口内难以均匀扩散，为保证换热效率，需保证换热管进气断面烟气分布均匀，故建立冷却器及其进出气管道模型，做CFD模拟如下。

建立模型

建立三维模型如下：

三维模型

计算参数及边界设置

工况烟气量705969m3/h，工况温度450℃。

选用标准k~e湍流模型，采用有限体积法离散求解域，对流项选用一阶迎风离散格式，采用压力速度耦合SIMPLE算法对离散方程进行求解。假定流体是不可压缩的，作定常流动，整个模拟过程为等温过程，不考虑传热。

冷却器进口采用速度入口边界条件，需要计算其湍流参数，包括湍流强度I和水力直径d，出口采用压力出口，壳体及导流板等视为绝热壁面，对于壁面的边界层区域采用标准壁面函数。

结果及分析

4.1原始状态

原设计结构下，冷却器的模拟运行状态如下：

速度流线图

换热管进口向上100mm断面速度云图及均匀性判定

不考虑传热，气体热胀冷缩的情况下，原结构冷却器的运行阻力如下：

原设计结构下，烟气顺管道斜45°进入进气口，管道风速大且烟气在进气口内扩散距离较短，导致进气口内的烟气分布极不均匀，换热管进口断面的最大风速达约24.1m/s，并且进入换热管烟气的速度方向与竖直方向夹角较大，换热管内烟气速度平均达约18m/s，长期运行极易磨破换热管及其耐磨衬套，原结构冷却器的运行阻力约835Pa。

4.2添加均流装置