本文借助流体力学计算软件,对新型干法水泥生产线上普遍采用的五边形入口、三心大蜗壳式旋风预热器,模拟计算了其内部的气固两相流动行为。针对该类型旋风预热器本身非轴对称性、内部流场为三维强旋流的特点,在结构建模时,采用非结构化四面体网格离散计算域;在计算模型的选择上,对连续相采用雷诺应力输运模型,对离散相采用颗粒随机轨道模型。 通过试验数据与计算结果的对比,验证了模拟方法的可靠性。在此基础上,为使模拟结果更能反映实际规律,直接采用了工业设备的实际尺寸进行物理建模。通过模拟,比较了不同操作参数与结构参数条件下旋风预热器的主要性能,提出了优化建议。 模拟计算结果表明:五边形入口、三心大蜗壳式旋风预热器内的流场呈显著的非轴对称结构,这是造成压力场、速度场分布中心与预热器的几何轴线偏离,呈螺旋摆动分布的主要原因。模拟结果还显示,这种结构的旋风预热器与其他领域应用的旋风分离器相比,其突出优点是入口处的流体碰撞、挤压效应明显减弱,这改善了旋风预热器的性能。 通过分析不同操作参数和结构参数下的模拟结果,得出以下结论:①随着入口风速的增加,对于同一个旋风筒,内筒以下,轴线附近的静压力自底部向上逐渐减小,而边壁处的静压力自入风口向下逐渐减小;②内筒插入深度增加到一定值后,环形空间的压力场相对稳定,但内筒入口附近的压力梯度也随之增加,这会造成局部压力损失的增加;③当颗粒粒径大于100μm时,其在筒内的停留时间可能会由于达到动态平衡而延长;④内筒插入深度的增加对大粒径颗粒分离效率的提高贡献是显著的,但对小颗粒的收集贡献不大,这可能是由于小颗粒团聚所致:⑤随着圆锥倾角的减小,有利于提高预热器的分离效率。