散體顆粒在滾筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬

顧叢匯 張 超 張 鑫 丁乃紅 李 斌 袁竹林

(1東南大學(xué)能源熱轉(zhuǎn)換及其過(guò)程測(cè)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京210096)(2中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院煙草行業(yè)煙草工藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,鄭州450001)(3安徽中煙集團(tuán),合肥230088)

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散體顆粒在滾筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬

顧叢匯1,2張 超3張 鑫1丁乃紅3李 斌2袁竹林1

(1東南大學(xué)能源熱轉(zhuǎn)換及其過(guò)程測(cè)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京210096)(2中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院煙草行業(yè)煙草工藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,鄭州450001)(3安徽中煙集團(tuán),合肥230088)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究了不同轉(zhuǎn)速下絲狀散體顆粒在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并采用煙絲作為實(shí)驗(yàn)材料,測(cè)量其在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:滾筒烘絲機(jī)轉(zhuǎn)速越大,顆粒在抄板的提升作用下運(yùn)動(dòng)越劇烈,做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越少,從而導(dǎo)致顆粒在滾筒內(nèi)的總停留時(shí)間越短．在該實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上利用“虛擬顆粒團(tuán)”方法對(duì)滾筒內(nèi)散體顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值建模,得到的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好．因此,采用此數(shù)學(xué)模型模擬不同滾筒傾角條件下絲狀顆粒在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,模擬結(jié)果顯示:滾筒傾角越大,絲狀散體顆粒在抄板和滾筒壁面的綜合作用下,縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)間越少,顆粒在滾筒內(nèi)停留時(shí)間越短．

散體顆粒;虛擬顆粒團(tuán);數(shù)值模擬

散體顆粒廣泛存在于水泥、石灰、煤粉、面粉、沙礫、制藥、陶瓷、能源、煙草、食品、化工原料等領(lǐng)域,散體顆粒在球磨機(jī)、滾筒烘絲機(jī)等設(shè)備中的干燥過(guò)程直接影響其觀感品質(zhì),研究顆粒在干燥設(shè)備中的運(yùn)動(dòng)情況有利于進(jìn)一步了解其干燥過(guò)程．由于絲狀散體顆粒不同于球形顆粒,其長(zhǎng)細(xì)比大、剛度小、運(yùn)動(dòng)過(guò)程復(fù)雜．因此,關(guān)于絲狀散體顆粒的復(fù)合運(yùn)動(dòng)研究具有重要的意義,尤其是顆粒停留時(shí)間直接影響到物料的干燥效率[1]．黃志剛等[2-3]建立了顆粒物料在轉(zhuǎn)筒干燥器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)模型,求解出物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的滯留時(shí)間和運(yùn)動(dòng)軌跡;鄧國(guó)棟等[4]將散體顆粒在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)分為抄板對(duì)顆粒的拋灑和重力作用下自由落體運(yùn)動(dòng)2個(gè)過(guò)程,而這2種運(yùn)動(dòng)模型未考慮顆粒形狀的多樣性和顆粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互碰撞．朱立平等[5-6]將絲狀顆粒假設(shè)成由若干桿狀顆粒和鉸約束連接而成的細(xì)長(zhǎng)鏈?zhǔn)侥Ｐ?使得該類(lèi)顆粒明顯區(qū)別于其他形狀顆粒,呈現(xiàn)出柔軟、易繞曲變形等特征．Geng等[7-8]在考慮顆粒重力、碰撞力和摩擦力的前提下對(duì)細(xì)長(zhǎng)桿狀顆粒建立三維數(shù)學(xué)模型，得到細(xì)長(zhǎng)顆?；旌线\(yùn)動(dòng)的一系列規(guī)律，但計(jì)算顆粒數(shù)量方面存在不足.Sakai等[9]提出Coarse Grain模型用以解決氣力輸送過(guò)程中顆粒之間的碰撞，適合大規(guī)模顆粒量的計(jì)算.勾宏圖等[10]通過(guò)實(shí)驗(yàn)定性地研究了循環(huán)流化床垃圾爐內(nèi)大顆粒的運(yùn)動(dòng)特性規(guī)律．

目前在處理大量絲狀散體顆粒的復(fù)合運(yùn)動(dòng)問(wèn)題上還不夠成熟，本文將若干絲狀散體顆粒集結(jié)成球狀作為研究單元，將其視為虛擬顆粒團(tuán)，考慮顆粒的重力、顆粒之間的碰撞力、顆粒與滾筒壁面和內(nèi)部抄板之間的碰撞力.采用離散單元法跟蹤每個(gè)虛擬顆粒團(tuán)，探究不同實(shí)驗(yàn)條件下絲狀散體顆粒在滾筒烘絲機(jī)內(nèi)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)規(guī)律和停留時(shí)間.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

滾筒烘絲機(jī)由等速喂料機(jī)、圓筒體、抄板、加熱器、風(fēng)機(jī)以及電機(jī)控制裝置等組成,滾筒烘絲機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示．物料通過(guò)等速喂料機(jī)以穩(wěn)定的喂料速度進(jìn)入圓筒體一端,圓筒體具有一定傾斜角度并能旋轉(zhuǎn),物料在圓筒體內(nèi)抄板的作用下帶至滾筒上部,然后呈拋物運(yùn)動(dòng)灑落下來(lái)[11-12],經(jīng)歷一段時(shí)間后由另一端口輸出．物料從喂料機(jī)入口到輸出的這段時(shí)間稱(chēng)為顆粒的停留時(shí)間．

煙絲從填料口1加入,通過(guò)傳送帶3輸送到具有一定傾角的喂料口,由喂料口滑落到皮帶秤上．皮帶秤第一水平傳送帶5轉(zhuǎn)速可調(diào),安裝有速度傳感器6,根據(jù)流量的設(shè)定值和落料速度自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速．第二水平傳送帶8轉(zhuǎn)速固定,安裝有質(zhì)量傳感器7來(lái)測(cè)量皮帶上煙絲質(zhì)量,并向速度傳感器4與6反饋物料重量信息,實(shí)現(xiàn)煙絲流量的穩(wěn)定．

(a) 滾筒干燥系統(tǒng)示意圖

冷態(tài)滾筒設(shè)備由筒壁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、循環(huán)氣流系統(tǒng)、筒體等組成．滾筒內(nèi)徑為0.77 m,長(zhǎng)為1.85 m,筒壁上均勻分布 6 塊寬0.15 m 的抄板,抄板與滾筒內(nèi)壁夾角為90°,滾筒傾角可在2°～3.5°內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),滾筒轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻電機(jī)在0～21 r/min內(nèi)調(diào)節(jié)．采用氣固順流工作方式,氣流由滾筒進(jìn)料端在震動(dòng)槽的輸送下進(jìn)入筒體內(nèi),煙絲顆粒在傾斜的滾筒筒壁和氣流作用下,沿滾筒軸向往出料端移動(dòng)．通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)回風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)滾筒筒體內(nèi)的氣速,實(shí)驗(yàn)時(shí)在滾筒中部用風(fēng)速儀實(shí)時(shí)測(cè)量各點(diǎn)的氣速,取平均值作為實(shí)驗(yàn)時(shí)的氣速．

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將物料在滾筒內(nèi)垂直于滾筒軸向的運(yùn)動(dòng)過(guò)程視為一個(gè)等容、等壓的過(guò)程．在工業(yè)級(jí)別的滾筒中,一般采用忽略顆粒在傳輸過(guò)程中的返混,并且視物料的運(yùn)動(dòng)為穩(wěn)態(tài).物料在反應(yīng)器內(nèi)的狀態(tài)只隨軸向位置而變,不隨時(shí)間而變．由平推流反應(yīng)器的定義可知,流體在反應(yīng)器內(nèi)不存在任何返混,所有流體微元的真實(shí)停留時(shí)間都等于平均停留時(shí)間．工業(yè)上普遍將滾筒視為管式平推流反應(yīng)器,以此計(jì)算滾筒內(nèi)物料的停留時(shí)間．

鑒于煙絲長(zhǎng)細(xì)比大、柔軟,可將其視為絲狀散體顆粒．煙絲樣品平均長(zhǎng)25 mm,寬1 mm,厚0.25 mm,含水率為24%．滾筒筒壁溫度為100 ℃,氣流溫度為100 ℃．圓筒體內(nèi)設(shè)置6個(gè)直角抄板,實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1．測(cè)量出滾筒轉(zhuǎn)速分別在7,10和13 r/min的情況下絲狀顆粒在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間．

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

1.3 停留時(shí)間

絲狀散體顆粒在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜,其停留時(shí)間不僅與滾筒傾角、轉(zhuǎn)速等條件有關(guān)[13-14],還與散體顆粒自身的形狀、干燥程度、表面摩擦系數(shù)等相關(guān)．按Friedman and Marshall理論模型[15-16]求取停留時(shí)間，需要求解復(fù)雜的微分方程組,故研究者大多采用實(shí)驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定停留時(shí)間,即

(1)

式中,tr為停留時(shí)間;L為滾筒長(zhǎng)度;D為轉(zhuǎn)筒直徑;Dp為顆粒直徑;N為滾筒轉(zhuǎn)速;S為滾筒傾角;X為物料含濕量;G為氣體質(zhì)量流量;F為顆粒質(zhì)量流量．

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在不同轉(zhuǎn)速的運(yùn)行條件下,絲狀散體顆粒在滾筒烘絲機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間隨著轉(zhuǎn)速的加快而減少(見(jiàn)圖2)．在轉(zhuǎn)速為7 r/min的情況下,顆粒在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間為342.8 s;轉(zhuǎn)速為10 r/min時(shí),顆粒的停留時(shí)間為256.5 s;轉(zhuǎn)速為13 r/min時(shí),顆粒的停留時(shí)間為181.7 s．通過(guò)式(1)計(jì)算得到的停留時(shí)間分別為378.3,235.9和144.6 s．轉(zhuǎn)速為10 r/min工況下公式(1)計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差最小,誤差為8.03%．由于顆粒在滾筒烘絲機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)大致可分為2個(gè)部分:① 顆粒在抄板的作用下隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)被提升而做圓周運(yùn)動(dòng);② 顆粒在被抄板帶動(dòng)到一定高度后做拋灑運(yùn)動(dòng)．若滾筒轉(zhuǎn)速加快,顆粒圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間減少,拋灑運(yùn)動(dòng)的初速度加大,因此絲狀散體顆粒的停留時(shí)間隨著轉(zhuǎn)速的增加而減少．

圖2 不同轉(zhuǎn)速下絲狀顆粒在滾筒內(nèi)停留時(shí)間的公式 計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2 數(shù)學(xué)模型

在建模過(guò)程中將若干絲狀顆粒集合成一個(gè)小型虛擬顆粒團(tuán)來(lái)處理,假設(shè)滾筒內(nèi)絲狀散體顆粒由多個(gè)虛擬顆粒團(tuán)組成[17]．假設(shè)該模型中顆粒團(tuán)與顆粒團(tuán)之間的碰撞、顆粒團(tuán)與邊界之間的碰撞可以持續(xù)一段時(shí)間,并且在顆粒團(tuán)碰撞的過(guò)程中存在稍許重疊現(xiàn)象．通過(guò)跟蹤離散顆粒場(chǎng)中各個(gè)顆粒團(tuán)之間和顆粒團(tuán)與邊界之間的距離來(lái)判斷是否發(fā)生碰撞．在獲得停留時(shí)間的過(guò)程中,將滾筒沿其長(zhǎng)度方向分為若干等距離段,假設(shè)虛擬顆粒團(tuán)處于穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),即各段的停留時(shí)間相同[18]．

若球形顆粒團(tuán)i與球形顆粒團(tuán)j發(fā)生彈性對(duì)心碰撞時(shí),首先在碰觸點(diǎn)顆粒團(tuán)i會(huì)發(fā)生彈性變形,而且在前進(jìn)運(yùn)動(dòng)方向上受到顆粒j對(duì)其的阻力作用,該阻力的大小與法向變形位移和顆粒材料的剛度成正比；在顆粒i達(dá)到最大變形位移時(shí),顆粒停止運(yùn)動(dòng),隨后在該阻力作用下沿原運(yùn)動(dòng)方向反彈(見(jiàn)圖3)．

(a) 對(duì)心碰撞

(b) 偏心碰撞

若顆粒i與顆粒j發(fā)生非完全彈性碰撞,碰撞后2個(gè)顆粒的動(dòng)能發(fā)生損失,動(dòng)能損失的大小與顆粒材料的物性和碰撞時(shí)的相對(duì)速度有關(guān),該部分動(dòng)能損失由顆粒碰撞后受到反向作用力決定．其中,該反向作用力的大小等于2個(gè)顆粒相對(duì)速度與阻尼系數(shù)的乘積.當(dāng)2個(gè)顆粒發(fā)生偏心碰撞時(shí),碰撞點(diǎn)處的接觸力可以分為法向分力和切向分力.法向分力的作用結(jié)果與對(duì)心碰撞過(guò)程相似,切向分力的作用結(jié)果則對(duì)該顆粒球心產(chǎn)生一個(gè)力矩,并且使顆粒發(fā)生旋轉(zhuǎn)．

切向力的極值受到顆粒表面摩擦系數(shù)與法向分力乘積的限制,若所計(jì)算出的切向分力大于該乘積時(shí),2個(gè)顆粒在接觸面將發(fā)生滑移．如果2個(gè)旋轉(zhuǎn)的顆粒發(fā)生偏心碰撞,這時(shí)除了計(jì)算法向位移和切向位移外,還應(yīng)計(jì)算顆粒自轉(zhuǎn)在接觸點(diǎn)處所造成的切向速度．當(dāng)顆粒同時(shí)與幾個(gè)顆粒相撞時(shí),通過(guò)矢量疊加可以計(jì)算出顆粒所受到的合力與合力矩．

顆粒之間的碰撞力為fC,ij,該力可分為法向分力為fCn,ij和切向分力fCt,ij，即

fC,ij=fCn,ij+fCt,ij

(2)

fCn,ij=(-knδn,ij-ηnvr,ij·nij)nij

(3)

fCt,ij=-ktδt,ij-ηtvs,ij

(4)

Vs,ij=vr,ij-(vr,ij·n)n+r(ωi+ωj)×n

(5)

式中,δn,ij和δt,ij分別為顆粒法向和切向的變形量;vr,ij為顆粒的相對(duì)速度;vs,ij為顆粒碰撞點(diǎn)的滑移速度;kn和kt分別為法向和切向的彈性系數(shù);ηn和ηt分別為法向和切向的阻尼系數(shù),可以由恢復(fù)系數(shù)e等確定；nij為單位法向量;ωi和ωj分別為兩顆粒的旋轉(zhuǎn)角速度．

(6)

顆粒與筒壁之間的碰撞過(guò)程和顆粒與抄板間的碰撞可參考顆粒之間的碰撞．

3 數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

3.1 滾筒傾角為2.5°時(shí)不同轉(zhuǎn)速的停留時(shí)間

在滾筒傾角為2.5°條件下,對(duì)6個(gè)不同轉(zhuǎn)速(6,7,9,10,12和13 r/min)工況進(jìn)行數(shù)值模擬,其停留時(shí)間的結(jié)果如圖4所示．模型中滾筒直徑為1.08 m;有6個(gè)直角抄板,每個(gè)抄板高度為0.2 m;截取顆粒在滾筒內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的一段距離(長(zhǎng)度為1.5 m)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，虛擬顆粒團(tuán)半徑為0.07 m,時(shí)間步長(zhǎng)為0.5 ms．計(jì)算過(guò)程中,待顆粒團(tuán)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并且保持各個(gè)截面處顆粒的分布均勻,隨機(jī)選取8個(gè)虛擬顆粒團(tuán),跟蹤其運(yùn)動(dòng)軌跡,記錄顆粒團(tuán)在該部分滾筒內(nèi)的停留時(shí)間,取其平均值．將數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的停留時(shí)間進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如圖5所示．在滾筒轉(zhuǎn)速分別為7,10和13 r/min工況下,數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)的誤差均在10%以?xún)?nèi),最小誤差僅為3.47%．可以發(fā)現(xiàn),在數(shù)值模擬建模中,將絲狀散體顆粒集合成虛擬顆粒團(tuán)處理是可行的．

圖4 不同轉(zhuǎn)速下顆粒停留時(shí)間的數(shù)值模擬結(jié)果

圖5 不同轉(zhuǎn)速下絲狀顆粒在滾筒內(nèi)停留時(shí)間的 公式計(jì)算、實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果對(duì)比

3.2 滾筒傾角3.0°和3.5°時(shí)不同轉(zhuǎn)速停留時(shí)間

考慮到實(shí)驗(yàn)過(guò)程周期長(zhǎng),對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品的均勻性要求較高,因而采用數(shù)值模擬的方法對(duì)滾筒傾角為3.0°和3.5°的條件下,模擬滾筒轉(zhuǎn)速分別為7,10和13 r/min時(shí)的停留時(shí)間,模擬結(jié)果如圖6(a)所示．可以發(fā)現(xiàn),隨著滾筒轉(zhuǎn)速的提高,顆粒在筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)越來(lái)越劇烈,顆粒之間的碰撞次數(shù)在抄板的作用下增加,使得顆粒在筒內(nèi)的停留時(shí)間越來(lái)越短．在相同滾筒轉(zhuǎn)速的條件下,滾筒傾角越大,顆粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到筒壁和抄板沿滾筒長(zhǎng)度方向的作用力越大,故顆粒在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間越短,與此同時(shí),滾筒傾角對(duì)顆粒停留時(shí)間的影響比轉(zhuǎn)速對(duì)其的影響要大．由圖6(b)可知,當(dāng)滾筒傾角相同時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)速越大，顆粒在滾筒的停留時(shí)間越短.

(a) 不同滾筒傾角

(b) 不同滾筒轉(zhuǎn)速

4 滾筒轉(zhuǎn)速和傾角對(duì)絲狀散體拋灑運(yùn)動(dòng)的影響

4.1 滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)絲狀散體復(fù)合運(yùn)動(dòng)的影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),絲狀散體顆粒在滾筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,隨著滾筒轉(zhuǎn)速的改變,抄板對(duì)絲狀顆粒提升過(guò)程的圓周運(yùn)動(dòng)和拋灑運(yùn)動(dòng)均有影響．隨著滾筒轉(zhuǎn)速的提高,顆粒在做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間減短,并且顆粒被抄板拋灑時(shí)的速度增加．散體顆粒在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間由散體顆粒做升舉運(yùn)動(dòng)時(shí)在抄板上的停留時(shí)間和拋灑后的灑落時(shí)間組成．隨著滾筒轉(zhuǎn)速的加快,散體顆粒沿滾筒圓周面的切向速度增加,拋灑初速度增大．位于滾筒壁面的顆粒沿滾筒長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng),由于滾筒有一定傾斜角度,散體顆粒在抄板上的停留時(shí)間減少,因此顆粒在滾筒內(nèi)的總停留時(shí)間減少．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,滾筒轉(zhuǎn)速?gòu)? r/min提高到10 r/min的過(guò)程中,絲狀顆粒的停留時(shí)間減少了142.4 s;轉(zhuǎn)速?gòu)?0 r/min增加至13 r/min,停留時(shí)間減少了92.3 s．

4.2 滾筒傾角對(duì)絲狀散體復(fù)合運(yùn)動(dòng)的影響

對(duì)滾筒傾角分別為2.5°,3.0°和3.5°條件下顆粒停留時(shí)間模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn),在相同滾筒轉(zhuǎn)速的條件下,顆粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中落在筒壁的停留時(shí)間隨著滾筒傾角的增加而減少,這是由于筒壁對(duì)顆粒沿滾筒長(zhǎng)度方向的作用力增大所致;當(dāng)顆粒在抄板的作用下做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),顆粒在抄板上向下運(yùn)動(dòng)的速度加快,故顆粒在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間減少．

5 結(jié)論

1) 與Friedman and Marshall經(jīng)驗(yàn)公式所計(jì)算出的停留時(shí)間相比較,數(shù)值模擬絲狀散體顆粒在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合更好,說(shuō)明了將絲狀散體顆粒集合成虛擬顆粒團(tuán)的方法是可行的．

2) 實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果均表明,滾筒烘絲機(jī)轉(zhuǎn)速越大,絲狀散體顆粒在抄板的提升作用下,做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越少,從而導(dǎo)致顆粒在滾筒內(nèi)的總停留時(shí)間越短．

3) 在相同計(jì)算條件下,滾筒烘絲機(jī)傾角越大,絲狀散體顆粒在抄板和滾筒壁面的綜合作用下,縱向運(yùn)動(dòng)時(shí)間減少,因而滾筒內(nèi)總體停留時(shí)間減少．

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Experimental study and numerical simulation on motion characteristics of granular particles in rotary dryer

Gu Conghui1,2Zhang Chao3Zhang Xin1Ding Naihong3Li Bin2Yuan Zhulin1

(1Key Laboratory of Energy Thermal Conversion and Control of Ministry of Education, Southeast University, Nanjing 210096, China) (2Key Laboratory of Tobacco Processing Technology of China National Tobacco Corporation, Zhengzhou Tobacco Research Institute of China National Tobacco Corporation, Zhengzhou 450001, China) (3Anhui Tobacco Institution, Hefei 230088, China)

The movement behaviors of filamentous granular particles in a rotary dryer with different rotational speeds were studied by experimental method. Cut-tobacco particles were employed as experimental material, and the residence time in rotary dryer was calculated. The results show that the higher the rotational speed, the more strenuous the movement of particles and the less the spent time on circular motion due to the effect by flights, which leads to a reduction of total residence time of particles in dryer. The virtual particle cluster method was applied to the simulation of particles movement based on the experiments. The simulation results are in good agreement with the experimental data. Therefore, based on this mathematical model, the movement of particles were investigated in a rotary dryer with different slopes of dryer. The simulation results indicate that the larger the slope of rotary dryer, the less the spent time on longitudinal movement because of the effect by both flights and the drum wall, and thus, the less the residence time of particles in the rotary dryer.

granular particles; virtual particle; numerical simulation

10.3969/j.issn.1001-0505.2015.03.014

2014-12-21. 作者簡(jiǎn)介: 顧叢匯(1990—),女,博士生;袁竹林(聯(lián)系人),男,博士,教授,博士生導(dǎo)師,101004322@seu.edu.cn．

中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院煙草工藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目．

顧叢匯, 張超, 張?chǎng)?，?散體顆粒在滾筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2015,45(3):491-496.

10.3969/j.issn.1001-0505.2015.03.014

TS43

A

1001-0505(2015)03-0491-06