随着我国经济发展,城镇污泥产量与日俱增,对环境造成严重污染,威胁着城镇居民的身体健康;而我国污泥处理技术起步较晚,因技术局限导致处理率低下,其中干燥设备热利用率低、二次污染等是当前我国干燥设备面临的主要问题。在当前典型的间接干燥工艺系统基础上,设计出一套热量多级循环利用、干燥尾气余热综合利用的污泥间接干燥系统,采用理论研究与数值模拟相结合的方法,建立环空传热与污泥干燥两组模型对间壁式干燥机传热进行分析,并进行了传热结构优化设计。论文首先调研并总结了现有污泥间接干燥工艺、设备、间接污泥干燥研究理论、方法、模型。针对原有干燥系统存在的缺陷与不足,优化设计热量多级、循环利用,预热回收综合利用,尾气分离资源化利用的污泥干燥系统。绘制系统的物料平衡与热量平衡-流程图,并计算系统工艺参数,对新型间壁式螺旋污泥干燥机进行设计。其次,结合污泥水分分布、污泥水分吸附等温曲线、污泥干燥特性研究水分与污泥颗粒的结合能力和污泥干燥能力。将污泥干燥过程模型化,建立间壁式污泥常压渗透模型,研究污泥间壁式热量传递,在基本热传导与热对流计算的基础上,建立整个干燥机热利用率计算方法,并以实例进行计算得到理论计算值。基于前人实验确定的污泥密度、比热、有效导热系数、有效扩散系数等物理参数与干燥温度及过程含水率的关系式,根据得到的参数表达式建立间壁式污泥干燥模型,采用COMSOL对污泥干燥传热传质过程进行模拟,并与试验结果进行对比。计算得出当干燥温度在180-220℃、薄层厚度处于15-18mm时,最优满足污泥干燥需求,并以此计算污泥干燥热量需求。为满足需求热量,调研发现在其传热壁外侧增加扰流结构可以增强对热传热效率,在经过对不同结构物分析比较得出内置螺旋片增强效果更优,在对螺旋片强化传热机理研究后,建立环空传热模型结合CFD进行仿真模拟,在通过模型准确性验证后,阐述间壁式螺旋结构的传热与流动特性,分析螺旋内置物不同结构参数对强化传热的影响。对螺旋片结构参数无量纲化并作为影响因子,以传热特性参数为响应值,在结构参数无量纲化基础上,采用响应曲面来对间壁式环空螺旋管进行优化设计。在试验设计、方差与回归分析的基础上,在通过响应曲面法来揭示其影响规律,利用帕雷托最优设计约束条件。得到最优传热特性Nu/Nu0=3.18,f/f0=5.12,PEC=4.5,并通过对比说明强化传热效果。将上述分析结果统一起来,最终得到整机热利用率。结合污泥干燥热分析与螺旋传热分析,得到其需求参数所对应的间壁式螺旋污泥干燥机结构参数,以此作为依据对前期经验设计的干燥进行参数修正。本文提出一套间接干燥系统设计方案,通过仿真模拟与理论相结合完成间壁式干燥机热利用率分析;以热量需求为核心对经验设计进行结构改进,所设计的间壁式螺旋污泥干燥机满足设计所需功能要求。该研究的理论成果与数值模拟方法可指导环空传热污泥干燥设备的设计。