再生沥青拌合烘干滚筒的温度场数值模拟

　　再生沥青拌合烘干滚筒的温度场数值模拟，是优化滚筒结构、提升热交换效率、降低沥青老化率的核心技术手段，核心目标是精准预测滚筒内热风、RAP（旧沥青混合料）的温度分布规律，指导叶片排布、热风路径、转速等参数的优化。以下是标准化的模拟流程、关键模型、边界条件及结果分析方法，可直接用于工程应用。

　　一、 模拟核心目标与对象

　　1.  核心目标

　　分析滚筒内热风温度场、RAP颗粒温度场的时空分布特征。

　　验证不同叶片结构、热风进口温度、滚筒转速对物料加热均匀性的影响。

　　确定RAP加热过程中“局部过热区”的位置，优化参数避免沥青老化。

　　2.  模拟对象

　　流体域：滚筒内的热空气（含少量粉尘、水蒸气）。

　　固体域：RAP颗粒（粒径范围10~30mm）、滚筒壁、提料叶片。

　　耦合关系：气固两相流的对流换热、固体间的热传导。

　　二、 数值模拟流程（基于ANSYS Fluent）

　　1.  几何建模与网格划分

　　几何简化

　　忽略滚筒外壁保温层、轴承等非核心部件，保留滚筒主体、叶片、热风进出口、物料进出口。

　　叶片按实际排布角度建模（常用30°~45°倾角），RAP物料按“料帘+料床”双区域建模（料床厚度约50~100mm，料帘高度约滚筒半径的1/3）。

　　网格划分

　　采用结构化网格划分滚筒流体域，网格尺寸5~10mm，叶片表面、热风进出口等关键区域加密（网格尺寸2~3mm）。

　　固体域（滚筒壁、叶片）采用四面体非结构化网格，网格质量≥0.8，避免负体积网格。

　　气固交界面设置网格重叠区域，实现气固耦合计算。

　　2.  数学模型选择

　　再生沥青烘干滚筒的温度场模拟需结合气固两相流模型和换热模型，核心模型组合如下：

　　| 模型类型 | 推荐模型 | 适用场景 |

　　| 两相流模型 | 欧拉欧拉模型 | 适用于料床区域的密集颗粒群，计算效率高 |

　　| | 离散相模型（DPM） | 适用于料帘区域的稀疏颗粒群，精准追踪颗粒运动轨迹 |

　　| 湍流模型 | RNG kε模型 | 模拟热风的湍流流动，适配旋转流场 |

　　| 换热模型 | 对流换热模型 | 热风与RAP颗粒、滚筒壁的对流换热 |

　　| | 热传导模型 | 滚筒壁、叶片内部的热传导 |

　　| | 辐射换热模型（DO模型） | 高温热风与固体表面的辐射换热（温度>500℃时必须开启） |

　　3.  边界条件设置

　　边界条件的准确性直接决定模拟结果的可靠性，需结合实际工艺参数设定：

　　| 边界类型 | 参数设定 | 工程取值（逆流式滚筒） |

　　||||

　　| 热风进口 | 速度入口/质量流量入口 | 温度500~700℃，流速10~15m/s，质量流量2~3kg/s |

　　| 热风出口 | 压力出口 | 常压（1atm），出口温度约150~200℃ |

　　| 滚筒壁面 | 热边界条件 | 外壁面绝热（保温层作用），内壁面与热风的对流换热系数$h=50~100W/(m?·K)$ |

　　| 叶片表面 | 耦合边界 | 与热风、RAP颗粒的对流换热，叶片导热系数$λ=45W/(m·K)$（16Mn钢） |

　　| RAP进口 | 质量流量入口 | 温度25℃（常温），粒径10~30mm，质量流量120~180t/h |

　　| 滚筒旋转 | 运动边界 | 转速6~10r/min，旋转方向与物料运动方向一致 |

　　4.  求解设置与计算

　　采用分离式求解器，压力速度耦合选择SIMPLEC算法。

　　能量方程的收敛残差设为$10^{6}$，流场方程残差设为$10^{4}$。

　　时间步长设为$10^{3}s$，总计算步数≥10000步，确保流场与温度场达到稳态。

　　三、 模拟结果分析与工程应用

　　1.  关键结果输出

　　热风温度云图：观察滚筒轴向、径向的温度梯度，判断热风是否均匀分布，避免局部高温区。

　　RAP颗粒温度曲线：提取不同位置颗粒的温度随时间变化曲线，验证加热均匀性（理想状态下，出料颗粒温度偏差≤±5℃）。

　　换热系数分布云图：分析叶片表面、料帘区域的换热强度，优化叶片角度以提升热交换效率。

　　2.  工程优化方向

　　结构优化：若模拟显示滚筒前端温度过高（>700℃），可增加热风内循环管路，降低进口热风温度；若料帘区域换热不足，可加密叶片排布密度。

　　工艺参数优化：若RAP出料温度偏低，可提高热风进口温度或降低滚筒转速（延长物料停留时间）；若局部过热，可调整热风流速，避免热风直冲料床。

　　沥青老化控制：通过模拟确定RAP颗粒的最高温度不超过180℃，并控制加热速率≤15℃/min，降低沥青老化率。

　　四、 关键注意事项

　　1.  模型验证：模拟结果需与现场实测数据对比（如在滚筒内布置热电偶，测量不同位置的热风和物料温度），修正换热系数、湍流模型常数等参数，确保模拟误差≤5%。

　　2.  多工况对比：建议模拟3种以上工况（不同热风温度、转速、叶片角度），选择热效率最高、加热最均匀的方案。

　　3.  沥青热解修正：若热风温度>800℃，需添加沥青热解模型，考虑沥青的挥发分对温度场的影响。

　　需要我为你整理再生沥青烘干滚筒温度场模拟的ANSYS Fluent操作步骤清单，或者提供多工况模拟的对比分析模板吗？