热转移模型回转窑的设计

                  热转移模型回转窑的设计
回转窑传热的模型，那个占所有的相互作用运输路径和进程，是在一个由三部分组成的系列里。在这第二个文件，制定一个在窑截面统一模型传热描述。在传热的窑耐火墙上，解决了使用有限差分逼近的一维瞬态传导。射线追踪技术应用于获得在窑舷和有限差分模型的系数辐射传热，扩展到与底座材料为了计算之间的交流覆盖墙和底座。截面模型结果表明，模拟测量热性能试验窑的材料：细砂和粗砂，石灰石，和石油焦。对相互作用的传热过程截面之间试验窑进行了检查，并解释了双方密切观察耦合的台和内壁温度和高利率热输入的台附近发生窑入口，而在吸热台反应。结论可能对窑内部装置的传热在台上和预热器的重要性达成的模型预测的4米I.D.原型窑。
I 绪论
本文的第一部分对回转窑对于工业和化学过程的重要性进行了讨论。有人指出虽然回转窑功能强大，在过去确保其广泛应用，但是存在着一个迫切需要更好地了解各方面的窑的性能，使其能够保持竞争力，对专门性的，但是不是多功能的工艺设备。传热已被确定为许多窑过程中的限速应用。一种新型回转窑传热，从而使双方进一步了解决定窑热工性能和提高预测能力因素，已经制定了在本研究中。作为一个不可分割的组成部分这方面的工作，详细测量传热作了一个0.4米编号由五点五米试点窑。这两个试点窑和显着的成果从评判进行了讨论，第一部分本文件概述的发展，一个统一的模式，传热在任何特定的窑轴向位置，即在一个横截面垂直的轴窑轮换。短剖面模型将证明是能够再生产，详细，试验窑的观察行为。 另外的结果说明互作用和各种各样的热传递道路的相对重要性在横断面发生将提出。
报告横截面模型和结果的这个基本原理，而不是只要为整个窑后来被发展的一个总的模型，是双重的。第一个，已经显示在任何轴向的窑位置的热传输基本上是一个本地现象； 因此，一个横截面模型可以被只使用本地状况，例如温度并且发出气体集中，并且在野外忽视条件更远建造， 即，温度的轴向的坡度和气体集中。 因此，一个横截面模型可以被作为一次总的热传输模拟的基础超过窑的长度前进。因为横截面模型为更进一步的模型化努力提供关键要素，建立它的适合是必要的。 其次，有需要改进我们的基本的理解窑行为。 在一座窑的横截面发生的各种各样的传热通路被用图1显示。显然比率热传输对工作台，例如， 是来自出水高度气体，被暴露的墙和被盖住的墙的热传输的最终结果。理解复杂， 动态的(到期 对窑的旋转)一个横截面的这些各种各样的传热通路和过程的相互作用对理解窑的热行为很重要。但是， 除Gorog et a1.之外，新近的调查者已经为不适于一项这相互作用的详细的研究的总的窑产生模型。 当今工作证明结果通过应用获得 检查窑热传输的这些基本的方面的具体的任务的一个适当的横截面模型能提供对确定窑性能的基础的因素了解。
II.背景和以前的工作
在一座旋转的窑的横截面上方的热传输是与在图1显示的全部道路和过程有关的一个复杂的现象。因为在出水高度方面的燃料燃烧被释放的能量因为辐射和对流被直接转移到被暴露的墙和工作台表面。这的部分事件能量一被在这些表面吸收，并且剩余就被反映出。气体重吸收被反映出的能量的部分，并且残余是在出水高度表面上的事件，在那里这个循环重新开始。被在被暴露的墙表面吸收的能量的部分穿过窑墙失去， 但是一些在时间期间可能被转移进底座墙表面被底座盖住。 墙的这次再生作用，在一些情形下，能反向操作； 即，热传输可能从底座到被盖住的墙。虽然在墙内的热传输只是通过传导， 这不是底座在那里传导，对流，辐射和水平对流(由于底座粒子的运动)同时操作的情况。一座旋转的窑的一个适当的热传输模型将解释所有这些道路和过程，以及考虑到他们的相互作用。 在继续在满足这些要求的这项研究过程中发展的模型的描述之前，评论其他调查者的成就是有用的。大多数窑操作的高的出水高度温度保证发光的热传输是重要的。 因此，在被暴露的墙和底座表面中发生的发光的交换的一个模型是一个任何窑模型的必要的零部件。窑的出水高度地区形成一个充满起因于燃烧过程的气体的发出/吸收混合物的圈占地， 在很多实例，在底座材料内的化学反应里。缺乏发光的火焰的情况下， 计算 发光热传输个中，在出水高度内与足够模拟放射性的 /有吸收力气体混合物并且把结果编入一实际几何学模式的特性有关。对于包围问题的解决办法来说， 霍特尔和科恩I41 发展这种区域方法， 实际气体混合物的发光的特性被几假设的灰色的气体的加重的求和紧密匹配。为了占波长，没被实际气体，包括在等式里的灰色的气体组成部分之一吸收。放射性是清楚的， 即，有一个灭绝系数Ko= 0。阐述的发射率模型如此被称为清楚正Ngray 气体的模型， 这里N是吸收的灰色的气体(K >0的数量)哪个被合并。虽然发展成为这种区域方法，等式1的部分为模拟气体发射和专注于其他辐射模型提供一个方便的形式。除气体发射，此外等式1可以被利用从发光的粒子模拟发射，例如，约翰逊和Beer， 并且可以被适应解释不均匀的气体在圈占地内的组成，例如，Pieri等等。这为最一般的情况， 当气体温度场在圈占地是未知的时， 为了求出未知的温度和伴随物发光的交换，这种区域方法的应用需要流动和燃烧领域知识。缺乏流动和燃烧领域的丰富的数据，詹金斯和防波堤通过分别假装似是而非的价值把这种区域方法用于旋转的窑。47米水泥窑用1.7米I.D. 在预言和测量的墙温度之间获得了一致。里面的再生作用难熔的表面没包括在模型里， 对底座热的被盖住的墙的较小角色的能追溯既往证明是正确的一次省略转窑。不过，无论在何种情况下再生不证明不重要，它拒绝从任何窑模式可以被认为是一种缺乏。
为计算在圈占地内的发光的交换的模型通过再分包围(包括包含在内的气体)进许多区域被建造， 然后在区域中间阐述发光的交换的表达方式。 当详述发光的热传输的知识被要求时，许多的区域是必要的，并且模型变得在计算上难处理。在特别例子中这旋转窑，长度的这出水高度空间长相对于内径， 发光的交换在一个轴向的位置发生 将以远的条件向上游或者顺流由于影响很少结合的气体吸收和几何学的效应。在这样的实例里，为了计算本地发光的交换，考虑整个包围可能在计算上无效率。为酬答这个事实，Gorog等等 在一窑的横截面发展发光的交换的一个模型。考虑到整个窑出水高度，例子延长只一段短的距离向上游而顺流从轴向的位置被考虑那里。一种射线跟踪技术被应用解释在出水高度表面反映出的能量，而发射率/吸收率气体被方程1使用一个clearplus 4 灰色气体模型模拟。结果是一个简单，然而优雅，很好地适应计算发光的交换的细节的模型。当今的工作的特别的重要性， 发光的交换被显示 为它自己的辐射和表面对表面的视觉因数的迅速的下降与轴向的距离被被结合的低透射率气体的影响局限。 气体，墙和工作台温度的轴向的坡度在窑横截面对热传输有可以忽视影响。
里面的再生作用难熔的墙已经通过使用耐火材料的瞬时的传导方程式的精确的解决办法被塑造。不过，精确的解决办法可提供的边界和起始条件对于旋转的窑不实际。虽然不追随，但是十字架表示了问题的把有限差分法用于再生的可能性和年轻。 Gorog等等 发展一二维， 有限差分在内表面附近的耐火材料的' 活跃的压条'的模型， 由于窑的旋转，经历一个温度的周期性变动。 但是， 分析没被延伸到在在内部墙表面和底座之间的接触的中间休息期间包括底座材料的瞬态热反应。 热传输， 在这堵被盖住的墙之间和底座通过考虑一个'平均'热传导系数并且以为接触的底座材料剩下被计算， 在接触时间期间在恒温。 
底座粒子的运动在到窑轴横向的平面里控制水平对流热传输， 因此，在确定对底座的网热传输中起关键作用。 当混合的这横向是彻底的时， 能量在底座吸收表面水平对流将迅速在横向的平面里分配，并且底座的热阻将是可以忽视的；例如 ,底座将横向等温。随着少量的横向混合，热传输到底座沿着温度梯度只能发生，并且底座将不横向等温。Imber和Paschkis 考虑两张nonmixed底座 (没有横向混合)和好混合底座(能量转移在以粒子水平对流支配的底座内)并且发现给最佳配合现有数据的后者。随后的模型一般已经在每个窑横截面假装一张混合得好的相同的温度的底座， 虽然皮尔斯介绍一穿透能系数热解释不完全的在大幅度下跌底座过程中混合。拉特格斯为滚在图2显示的底座鉴定横向的粒子运动。 底座材料中的多数作为一个刚体用窑(这个塞子流出地区)旋转， 在上表面(底座活跃的铺设者)附近连续喂一个薄的地区。 意味着在活跃的层里的粒子运动与弦平行，但是在这个层内混合的横向是有力的。底座的厚度Henein 测量了等等活跃的层 并且发现总底座深度的少于10 %。Lehmberg等等 发现追踪者粒子进低层的地区注入进底座混合均匀在4 窑旋转内。缺乏可测量半径底座温度梯度在平面窑运动内更远的支持混合得好的滚底座的假定的正确性。
III塑造场合
在当今的工作里发展的横截面模型在窑墙里由传导的有限差分近似组成， 以及确定边界条件的必要的发光和对流的热传导系数。在被包括的墙之间的热传输和工作台通过把有限差分模型延长进工作台材料被计算； 以这种方法，不令人满意分配一热传导系数适合盖住墙对工作台的技术交换被避免。热传导系数要求它的操作的横截面模型和利用评价的方法在文章里过后将被描述。不过，在这点，指定被塑造的形势是有用的，这被用图3 显示。 确切说明的组成和温度的出水高度气体散发到被暴露的窑墙和被暴露的工作台表面。虽然任何出水高度气体温度和组成可以通过为发光的系数输入合适的价值被适应， 对这篇文章来说只一种相同的组成的等温的气体的情况将被考虑。从提出过后的一辩论中，被暴露的工作台表面在相同的温度，Te 被假设为 , 这与工作台材料的体积温度相同。接近卷成这个塞子从活跃的层(图2)流出地区， 工作台粒子被混合得好，和在温度Tb 体积。 在与的联系墙期间，一瘦层粒子接近墙工作台接口经历瞬时热与难驾驭的墙一起交换。 在墙附近的粒子最终在工作台的上面顶附近再进入活跃的层， 并且粒子混合擦掉在与墙的接触期间逐步形成的小温度梯度。 难熔的墙温度的半径外形在几个圆周位置的图4被用示意图显示。在内部墙表面的温度，Tws，这周期由于窑的旋转变化， 有Tws的价值， 接近浸入以工作台和一价值Tw，接近出现从工作台那里的Twso 给保护。瞬时的效应可以被看见进入一段短的距离进难熔(在数字里为明了夸大)， 这渗透的地区将叫墙积极层。瞬时的效应不在远处进入墙稳态层，这给予壳。 窑被假设为在热平衡经营，哪个有那个意思除了任何周期性变动由于窑旋转， 全部温度都超时将是稳定的。 
IV. 在出水高度方面的辐射的热传导系数
在经营温度的典型窑，热转来空间将辐射支配的出水高度； 因此，一个适当的出水高度辐射模型对任何窑热传输模型很重要。如图1中所示，发光热交换在气体容量和它之间发生镶的表面(内部墙并且暴露工作台)。另外的发光的交换在地区在内部墙上的要素和在墙和被暴露的工作台表面上的其他地区之间发生。 没有直系交换在一个地区之间存在在那个表面上在被暴露的工作台表面和其他地区上。为了达到研究的目标，出水高度模型被要求在相当多的细节里预言发光的交换。 因为以前引用，一个整个出水高度的模型被判断对于任务是不合适的，并且一个本地模型被发展。在组装出水高度方面的第一个任务模型是表现气体的发射率的特性。 在当今的工作里， 因为在飞行员窑里，火焰明显不发光，从工作台擦是最小的，在出水高度气体方面的粒子发射被忽视。 出水高度气体的发射率/吸收行为被使用清楚加号3 灰色气体的方程1的模型模拟。 发射率数据适合被为PH2o/Pco2 = 1执行，这起因于天然气燃料的完整的燃烧， 并且为Pn2o/Pco2 = 2，这为同时燃料燃烧和石灰石煅烧的气体的产品典型。这适合参数给那些气体发射率/吸收模型调整获得准确更比±5的全部价值的PL>0.01m atm。因为出水高度没被看作一个圈占地，发光的交换通过跟踪辐射的个别的梁从他们的来源到所关心的表面被计算。 对分析来说，圆周夺走在图5显示的窑出水高度被隔离并且再分成20种小的领域要素。这些地区要素， 例如A， 在图5，被暴露的工作台表面的形式(i = 1比6)和无穷小的带长度的被暴露的墙表面(i = 7比20)。通过这些地区要素观看的(大约在每个轴向的方向的3窑内径)那时的窑出水高度的部分 再分成象Vj那样的体积区域，包括出水高度气体和象Aj那样的表面区域，这形成被暴露的工作台和墙表面。 交换地区， 在这些区域和元素在圆周上的每个之间脱去那时评价并且常常计算或者直接给这些元素从各种各样卷和表面区域那里流的辐射或者在经历一两个反映之后。 模型的附加细节在下面被略述。
A.从出水高度气体到展示的工作台和墙表面. 发光的热传输
在一个要素A 表面之间的发光的交换， 在圆周上夺走暴露的工作台或者难熔的墙，在图5显示的出水高度Vj 气体的卷由下列表示计算：在那里时期(εi+1)/2被合并解释事实一，是灰色而不是黑色的。它可能如方程2表明那每对那些气体的零部件发射模型有助于照射的表面；因此，求和被要求从体积Vj 区域在Ai 获得总照射。在出水高度表面的被反射的气体辐射对发光的流的影响是最小的， 即使在适度的发射表面，由于为它自己的发光的带子的一种发出的气体的少量的传送。 在转动窑里， 反射的气体辐射的超过80%留下一个表面被显示被出水高度气体重吸收而没有碰击另一个表面。 因此，在处理气体排放物过程中，反射效应可以被忽略，特别是在工业窑的长得多的路径长度特性。