水泥熟料多孔质渗流换热机理及实验研究

水泥熟料的冷却过程是热能回收和减少污染排放的一个重要环节。其机理研究的滞后导致水泥熟料篦冷机的热回收率无法得以提高。针对水泥熟料具有堆积颗粒这一多孔介质特性，本项目将多孔介质渗流换热理论引入到熟料换热研究中，在二维多孔介质换热理论基础上，研究三维非均质流动状态下多孔介质材料换热机理，揭示篦冷机熟料的换热规律。本项目采用旋粒三维管道法建立多孔介质的体特征单元模型，研究多孔质单元的动态换热机理；将体特征元节点化，利用神经网络方法研究各节点中诸特征参量与热交换效率的耦合关系，得出多孔介质物料在流动状态下的换热规律；建立水泥熟料多通道冷却的动态配风模型，确定其优化配风准则；设计多孔介质的多通道冷却实验装置，验证上述理论的正确性和有效性。本项目完成后，将对三维流动颗粒物料的换热理论及水泥熟料换热研究的发展具有重要科学意义，为篦冷机的改造和新一代节能低排放篦冷的机结构及供风方案设计奠定理论基础。

摘要：水泥熟料的换热机理是提高篦冷机热回收率和减少污染排放的理论基础。本项目对水泥熟料堆积体的气固换热过程进行了实验分析和理论研究。发明了三维渗透率测量装置，改造了大风室多通道试验台；进行了水泥熟料的热物性试验和其多孔介质特性试验；获得了水泥熟料堆积体的导热率、颗粒分布、孔隙度与渗透率。以多孔连续介质理论为基础，考虑到空气的可压缩性、热弥散、局部非热平衡等问题，建立了非均质、变物性的移动颗粒床的渗流换热模型；针对此模型提出了COADI-GS 求解算法；建立了等效管换热的单元模型和整体熟料层换热模型及求解，并首次提出了变长度单元及求解方法，简化了求解过程，获得了篦冷机内水泥熟料堆积体的换热规律。采用了大风室小单元配风模型，提出了供风系统的区间、经济优化预测控制算法。发明了篦冷机自控式冷却气体流量调节器和一种输送水泥熟料的新型推动装置，为篦冷机合理配风降低能耗和减少排放提供了设备基础。