新型干法水泥生产技术是目前水泥生产的先进技术。新型干法水泥生产系统的关键设备旋风预热器及分解炉系统的性能优劣直接影响到系统能耗、环保排放以及整个系统性能。由于系统内多相流场非常复杂,燃料燃烧和生料分解这两个反应是悬浮于气流中进行的,各过程相互制约,使得旋风预热器及分解炉系统的研究开发工作具有很大的难度。传统工程开发研究主要采用试验方法,依靠试验取得的数据和经验公式以及试验中所发现的问题改进设计。然而,由于试验方法和试验测试会受到各种客观条件的限制,很难充分反映预热器及分解炉这种热工过程与工艺过程以及结构参数、工艺参数、物理参数等相互耦合和相互影响的复杂系统的各种性能。 以计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简写CFD)为理论基础的数值模拟技术能对流动、传热、燃烧、化学反应、多相流等问题进行高精度数值预测,因此在工程中得到越来越多的推广和应用。数值模拟可以得到整个流场中各变量的时空分布,全面深入地揭示流体的内部结构,不存在因试验测试手段的限制而检测不到的“盲区”、仿真模拟能力强。因此,以流场湍流数值模拟为主研究预热器与分解炉内流体的流动规律,进而优化预热器与分解炉的结构,提高其各项性能,不仅可以节省大量的开发费用,而且可以大大缩短研发周期,具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文针对2500t/d五级旋风预热器及分解炉系统,采用冷模试验与数值模拟相结合的方法,建立了窑尾预热器与分解炉的计算模型及其相关边界条件,数值模拟结果和冷模试验结果具有较好的一致性,为研究开发和设计新型高性能的预热器及分解炉系统提供了理论方法。本文主要研究成果如下: (1)采用“动力相似”的原则首次成功地完成了2500t/d五级旋风预热器及分解炉系统的冷模系统设计、制造、试验以及相关的数据处理等。通过试验研究,提出了对多米尼加2500t/d五级旋风预热器及分解炉系统的改进意见。 (2)根据工程及冷模测试提供的数据,通过计算分析,确定预热器及分解炉系统的流体流动属于不可压缩湍流范畴。同时,根据预热器及分解炉系统的具体结构,采用混合网格并按照不可压缩湍流流动的问题对系统和单体流场建立