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基于ANSYS模拟的固体有机污染物热修复工艺热力学研究

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摘要

1.1 研究背景

1.2 固体有机废物研究现状

1.2.1 固体有机废物处理方法

1.2.2 固体有机废物处理系统及设备

1.2.3 国内外热处理技术研究进展

1.3 本论文研究目标

1.4 本论文的研究框架

第2章 热力学理论分析

2.1 热力学理论

2.1.1 传热的基本方式

2.1.2 三种基本传热方式的微分方程

2.1.3 三种基本传热方式的定界条件

2.2 有限元分析法

2.3 ANSYS Workbench简介

2.3.1 ANSYS Workbench热分析模块

2.3.2 ANSYS Workbench耦合场—应力学模块

2.4 本章小结

第3章 固体有机废物回转窑建模及热力学研究

3.1 固体有机废物成分组成及特性研究

3.2 固体有机废物在回转窑内运动状况及传热传质特性

3.3 固体有机废物回转窑结构分析

3.4 固体有机废物回转窑建模

3.4.1 建立几何模型

3.4.2 定义材料属性

3.4.3 网格划分

3.4.4 施加边界条件

3.5 表面综合换热系数的计算

3.5.1 固体有机废物回转窑内表面综合换热系数

3.5.2 固体有机废物回转窑外表面综合换热系数

3.6 结果分析

3.6.1 固体有机废物回转窑各层温度分布

3.6.2 轮带温度分布

3.6.3 固体有机废物回转窑热流密度变化

3.6.4 固体有机废物回转窑热应力

3.7 本章小结

第4章 余热利用回转窑建模与结果分析

4.1 余热利用回转窑建模

4.2 结果分析

4.2.1 余热利用回转窑及物料温度分布

4.2.2 余热利用回转窑热流密度分布

4.2.3 余热利用回转窑热效率

4.3 本章小结

第5章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间完成及发表的论文

致谢

作者简介

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摘要

随着固体有机废物(Solid Organic Waste,SOW)问题愈发严重,有效地处理SOW成为亟待解决的问题,SOW热修复工艺以其高效、周期短、废物再利用等优点,受到了广泛地认可和应用。SOW回转窑是热修复工艺最重要的热设备,它的安全性、稳定性及经济性,对整个热修复系统产生直接影响。本研究对SOW回转窑和余热利用回转窑进行了热力学特性研究,探讨回转窑温度分布、热流密度、热力特性及热效率等问题。
  建模与结果分析表明:SOW回转窑各层材料温度和热流密度沿轴向,都是先增大后减小,并在距窑头20m处,各层材料温度和热流密度达到峰值;由径向温度变化得知,耐火砖保温效果最好,筒体保温效果次之,窑皮的保温效果最差。进一步地得出耐火砖和窑皮热应力沿轴向交替增大和减小,筒体热应力整体变化较为平缓,但在四个轮带处热应力值都有陡增,这是由于轮带约束导致的。
  此外,考虑到SOW回转窑出口烟气的高热值,提出利用污染土壤余热利用回转窑对烟气热量加以回收利用,并建立了余热利用回转窑的有限元模型,模拟余热利用回转窑及物料的温度分布、回转窑热流密度变化等,并分析了土壤类别对上述热力特性的影响。结果显示砂土能最有效地对烟气进行降温,壤土次之,黏土对烟气的降温效果最差,通过对入口烟气温度对余热利用回转窑热效率的影响,得出壤土介质烟气入口温度约780℃时,热效率达到峰值,而砂土热效率峰值对应的烟气入口温度约为760℃。
  该研究通过ANSYS分别建立了固体有机废物回转窑和余热利用回转窑的物理模型,其中余热利用回转窑的热源来自固体有机废物回转窑产生的烟气,能有效实现固体有机废物资源再利用。

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