شبیه‌سازی سه‌بعدی جریان، احتراق و انتقال حرارت در کوره دوار سیمان صنعتی: تحلیل اثر مومنتوم هوای اولیه بر آیرودینامیک و ساختار شعله

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی نصیری ¹

حسن حاج عبداللهی ²

محمد شفیعی ²

¹ دانشجو دکتری-گروه مهندسی مکانیک- دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه ولی‌عصر (عج)- رفسنجان

² گروه مهندسی مکانیک- دانشکده فنی و مهندسی- دانشگاه ولی‌عصر (عج)- رفسنجان

10.22067/jacsm.2026.96915.1396

چکیده

در این تحقیق، فرایند احتراق و انتقال حرارت در کوره دوار با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بصورت سه‌بعدی با بهره‌گیری از نرم‌افزار انسیس فلوئنت 2025 شبیه‌سازی شده است و جهت حل معادلات از مدل‌ آشفتگی k-ε استاندارد، مدل احتراق غیرپیش‌آمیخته و مدل تشعشع مختصات گسسته استفاده شده است. به‌منظور ارزیابی اثر شرایط عملیاتی، علاوه بر حالت پایه، دو سناریو شامل افزایش ۲۰ درصدی و کاهش ۲۰ درصدی دبی هوای اولیه مورد تحلیل قرار گرفتند. صحت نتایج شبیه‌سازی با داده‌های تجربی موجود در منابع معتبر اعتبارسنجی شده و تطابق قابل قبولی به دست آمد. نتایج نشان داد که تغییر 20 ± درصد در دبی هوای اولیه موجب تغییر قابل‌توجهی در مومنتوم جت و ساختار شعله می‌شود؛ به‌طوری‌که بیشینه سرعت جریان از 191 تا 271 متر بر ثانیه تغییر کرده است. به‌طور کلی، کنترل دقیق دبی هوای اولیه از طریق تنظیم مومنتوم جت و شدت اختلاط، نقش تعیین‌کننده‌ای در یکنواختی حرارتی، پایداری شعله، کاهش آلاینده‌ها و بهبود عملکرد حرارتی کوره دوار سیمان دارد.

کلیدواژه‌ها

کوره دوار

شبیه‌سازی عددی

دینامیک سیالات محاسباتی

احتراق

انتقال حرارت

مدل آشفتگی k-ε

مدل تشعشع

مشعل

نسبت هوای اولیه

موضوعات

• احتراق

---

عنوان مقاله English

Numerical Simulation and Modeling of Combustion and Heat Transfer in a Cement Rotary Kiln

نویسندگان English

Ali Nasiri ¹

Hasan Hajabdollahi ²

Mohaammad Shafiey ²

¹ Department of Mechanical Engineering – Faculty of Engineering – Vali-e-Asr University (AJ) – Rafsanjan

² Department of Mechanical Engineering – Faculty of Engineering – Vali-e-Asr University (AJ) – Rafsanjan

چکیده English

Rotary kilns are key equipment in the cement industry. These kilns consist of a cylindrical shell that rotates around its longitudinal axis. The raw materials are exposed to hot gases and gradually undergo the calcination process. Due to the high temperatures and limited access in the kiln, measuring the parameters that affect its performance is challenging. Therefore, numerical simulation can serve as an efficient tool for analyzing the thermal and combustion behavior of the kiln.

In this study, the combustion process and heat transfer in a cement rotary kiln were simulated using three-dimensional computational fluid dynamics with ANSYS Fluent 2025. To solve the governing equations, the standard k-ε turbulence model, the non-premixed combustion model, and the discrete ordinates radiation model were employed. To assess the accuracy of the simulation, the results were compared with experimental data. The main results include temperature distribution, velocity field, concentration of combustion species, and flame patterns the analysis of which can provide a suitable basis for improving the kiln design and performance.

کلیدواژه‌ها English

Rotary kiln

Numerical simulation

Computational fluid dynamics (CFD)

Combustion

Heat transfer

k-ε turbulence model

Radiation model

Burner

initial air ratio