基于有限元分析的污泥干化圓盤結構優(yōu)化設計說明書.zip,基于,有限元分析,污泥,圓盤,結構,優(yōu)化,設計,說明書 題目：基于有限元分析的污泥干化圓盤結構優(yōu)化設計 一、前言 1．課題研究的意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1.1 課題的研究意義 石油是社會發(fā)展過程中不可或缺的重要資源，但在石油開采、運輸和煉制過程中，不可避免的會產(chǎn)生大量的含油污泥。含油污泥因其體積龐大，并且含有大量的有毒物質(zhì)，直接進行排放會占用大面積的耕地，還會伴有非常刺鼻的氣味，對附近的土壤、水體、空氣等造成嚴重的污染[1]。當含油污泥中的石油等烴類物質(zhì)滲入土壤后，會在土壤顆粒表面黏著，直接影響土壤的通透性，從而造成土壤導水通路的阻塞，進而造成土壤滲水量的下降，透水性的降低，最終使土壤的性質(zhì)發(fā)生改變，直接威脅到土壤中的微生物生存。含油污泥也會直接作用于人類，其中含有的硫化物，苯類，酚類等有害物質(zhì)具有致癌、致畸、致突變的作用，嚴重危害人們的身體健康[2]。因此，需要采用合適的方法對污泥進行資源化處理，在減少環(huán)境污染的同時，達到對資源的再利用目的。 1.2研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外針對含油污泥的處理均十分重視，處理技術主要分為常規(guī)處理技術以及新型處理技術兩種[3，4]。常規(guī)處理主要包括調(diào)質(zhì)—機械脫水處理，熱解處理，溶劑萃取處理，生物處理等。而新型處理方法主要包括燃料化處理，電化學處理，微波處理，超聲波處理，超熱蒸汽處理等。 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 博天環(huán)境集團股份有限公司周吉平對圓盤干化技術處理含油污泥的技術進行了研究[5]。在針對某煉油廠污水處理場的污泥處理中，采用圓盤干化技術對污水場產(chǎn)生的含油污泥進行了為期20天的實驗，通過考察含水率含油尾氣等對干化的影響，為該工藝在處理含油污泥的應用提供數(shù)據(jù)也為含油污泥的無害化減量化資源化提供參考方案。實驗對原污泥進行取樣，被干化物料樣品的主要參數(shù)為如下：密度為1.015kg/L；含水率為90.7%；含油量為80mg/L。實驗流程為將樣品離心脫水后投入濕污泥倉，攪拌均勻后由螺旋輸送機輸送至圓盤干化機，干化機熱媒采用160℃的蒸汽，干化后的污泥自動輸送到干污泥料倉，冷凝水和蒸發(fā)尾氣接入配套處理裝置進行處理。實驗結果顯示圓盤干化機的干化效果良好，進泥含水率在83%~90.7%范圍波動，產(chǎn)泥含水率穩(wěn)定在40%以下，在20天的實驗過程中，含水率、密度和含油量都有不同程度的波動，產(chǎn)出污泥非常穩(wěn)定，充分顯示了該工藝良好的可調(diào)易控特點。 天通控股股份有限公司的程剛等人對圓盤污泥干化技術及工程應用展開了研究[6]。天通公司經(jīng)過對國外多種工藝的比選和考察，最終確定全套引進日本三菱圓盤污泥干化技術，用于解決國內(nèi)污泥干化技術上的難題。他們使用的圓盤干化工藝能充分適合中國的污泥性狀，其主設備超圓盤干燥機在滿足額定出力的同時，也體現(xiàn)了強勁的連續(xù)超負荷能力。超圓盤式干燥機主體結構由定子（外殼）、轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)盤）和驅(qū)動裝置組成。在干化過程中，熱蒸汽冷凝在轉(zhuǎn)盤腔的內(nèi)壁上，形成冷凝水。冷凝水通過管子被導入中心管，最終通過導出槽導出干燥機。在每兩片轉(zhuǎn)盤之間裝有刮刀，固定在外殼（定子）上，可以疏松盤片間的污泥，使污泥中釋放出的廢蒸汽快速離開污泥。該技術污泥適應性廣、穩(wěn)定性高、效率高、能耗低，干燥過程全封閉并采取負壓等措置，可以保證優(yōu)秀的環(huán)保性能。 浙江大學博士李博對關于污泥高效干化方法及干化焚燒系統(tǒng)的優(yōu)化運行進行了研究[7]。他建立了污泥剪切試驗方法和裝置，對污泥的粘附特性和粘結特性進行了研究，使用自行研制的小型槳葉式污泥干化機和小型圓盤式污泥干化機進行污泥干化實驗，并將結果進行對比。研究發(fā)現(xiàn)污泥在槳葉式干化機內(nèi)干化過程的第一降速區(qū)和第二降速區(qū)之間存在一個顯著的波動區(qū)，將干化特性與污泥粘附和粘結特性比對后發(fā)現(xiàn)，波動區(qū)對應的污泥含水率范圍與污泥粘附性和粘結性最大時的含水率范圍基本重合；在以導熱油為熱源的情況下，圓盤式干化機較簡單的導熱油管路使導熱油流速較高，更新較快，沿程溫度也較高，可使污泥在干化過程中維持在較高的溫度，有助于提升干化速率，但是污泥在圓盤式干化機內(nèi)進入干化粘滯區(qū)時，污泥粘結并粘附在圓盤表面，圓盤轉(zhuǎn)動難以對污泥進行充分的擠壓、剪切和破碎，混合效果較差，難以對污泥干化速率起到改善效果。在此基礎上，他在國內(nèi)首次提出并自行研制了小型傾斜槳葉式污泥干化機，并進行了污泥干化試驗，實驗發(fā)現(xiàn)改進的傾斜槳葉式干化機在污泥含水率72%~83%之間可有效提高污泥的攪拌效果，并提高污泥干化效率；當污泥干化進入粘滯區(qū)時，傾斜槳葉先是隨著轉(zhuǎn)動而嵌入污泥層并形成溝壑，在緊隨其后的某一含水率點上，傾斜槳葉可顯著發(fā)揮對污泥的剝離和破碎效果，使污泥干化效率大幅躍升。 無錫市政設計研究院的耿震等人介紹了靖江市城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理擴建工程中一種圓盤式污泥干化系統(tǒng)工藝設計實例[8]。工程設計處理含水率為80%的污泥30t/d，針對污泥的成分含量特點等，選用低轉(zhuǎn)速、耐磨損、受熱面均勻且出泥含水率可調(diào)的圓盤干化機進行處理。工藝流程為污泥通過污泥脫水車間的帶式脫水機至含水率80%左右后，采用螺旋輸送系統(tǒng)輸送至新增的濕污泥接收儲存料倉，由污泥螺桿泵送至圓盤干化機內(nèi)，利用飽和蒸汽作為加熱介質(zhì)，間接干化污泥，污泥干化過程中產(chǎn)生的污泥蒸汽經(jīng)尾氣引風機排出，維持干化機及輔助設備系統(tǒng)管路微負壓運行，蒸汽和空氣混合物經(jīng)除塵和冷凝，廢氣冷凝液納入廠區(qū)污水處理單元處理，干化系統(tǒng)不凝尾氣由引風機抽引至除臭設備處理達標后排放。 中國市政工程華北設計研究總院的周欣等人對圓盤式蒸汽半干化污泥系統(tǒng)進行了技術探討[9]。他們利用圓盤式干燥器半干化污泥的主要工藝過程為：將含水率為80%的濕污泥通過螺桿泵輸送至圓盤干燥器入口，圓盤式干燥器的主體由圓筒形的外殼和中心貫穿的圓盤組組成，圓盤組是中空的，低壓蒸汽從中流過，把熱量通過圓盤組間接傳輸給污泥。污泥水分形成的水蒸氣聚集在圓盤組上方的穹頂里，污泥干化過程產(chǎn)生的蒸汽通過引風機排出干燥機，維持干燥器微負壓，尾氣經(jīng)預除塵器降低粉塵量后，進入間接式水冷換熱器進行冷凝，冷凝下的污水排入污水管網(wǎng)。 同濟大學建筑設計研究院有限公司的朱羽廷對圓盤干化機載氣處理工藝進行了優(yōu)化探討[10]。他提出圓盤干化機由于直徑較大，污泥水蒸氣排氣不暢，因此載氣需求量大，出于保護環(huán)境、節(jié)約成本的考慮，必須探索一種新的載氣處置方式，提高圓盤干化機的適用性。通過將經(jīng)過處理后的載氣尾氣重新送入圓盤干化機，以代替部分新鮮載氣來優(yōu)化工藝，并對不同回流比進行工藝衡算，驗證了該優(yōu)化方案的可行性。此優(yōu)化方案無需將載氣送入熱電廠協(xié)同焚燒處置，大大擴大了圓盤干化機的使用場合，對于圓盤干化機在單獨干化焚燒工藝中的應用具有較大的促進作用，對于已建的圓盤干化工程也具有一定的借鑒意義。 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 韓國Hyun等人利用盤式干燥機對高濕度低品位煤的干燥進行了優(yōu)化[11]。在這項研究中，高含水量的低品位煤在裝有加熱板和旋轉(zhuǎn)葉片的新型盤式干燥器中進行干燥。原料煤被送入盤式干燥器的中心，然后在干燥過程中由旋轉(zhuǎn)葉片從加熱盤的中心轉(zhuǎn)移到盤的外部。對單一實心球形顆粒的模型進行數(shù)值分析，分析結果表明煤顆粒的溫度可在5分鐘內(nèi)達到加熱板的溫度。實驗研究了加熱板溫度，給煤率，旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn)速度，干燥環(huán)境以及煤在加熱板上的位置等因素對新型盤式干燥機效率的影響：當加熱板溫度高時，干煤的水分含量大大降低；原煤進料速率的降低會降低水分含量；旋轉(zhuǎn)葉片的高旋轉(zhuǎn)速度會使水分含量稍微降低；通過使用真空泵從干燥器內(nèi)部除去蒸發(fā)的水蒸汽，可以顯著加大原煤中水分含量的降低；原煤可以在不被蒸發(fā)到距離干燥器中心一定距離的情況下提高溫度?？偟膩碚f，在設計和操作用于干燥低品位煤的盤式干燥機時，應當考慮加熱盤的尺寸和溫度。 Deng等人在不同熱載體的納拉式槳葉式干燥機中進行了污泥干燥時的傳熱系數(shù)的理論計算[12]。他們研究了三種典型熱載體即飽和蒸汽、熱油和煙氣在間接槳葉式干燥器中的傳熱特性并理論計算了三種熱載體的對流換熱系數(shù)。在檢查的范圍內(nèi)，研究了不同熱阻的重要性。在煙氣干燥系統(tǒng)中，對流阻力占主導地位；在飽和蒸汽干燥系統(tǒng)中，滲透阻力占主導地位；在熱油干燥系統(tǒng)中，對流阻力和穿透阻力占主導地位。同時，他們采用滲透模型模擬不同載熱體干燥系統(tǒng)中污泥的干燥速率。考察了傳熱阻力對污泥干化動力學的影響。 1.3發(fā)展趨勢 污泥資源化利用是污泥處理的最終歸宿，而污泥熱干化技術是關鍵所在。提高干化效率和降低設備及運行成本是今后工藝研究和發(fā)展的主要方向。針對以蒸汽作為熱源的圓盤干燥機，如何將理論研究結論應用于污泥在大型連續(xù)進料干化機內(nèi)干化的實踐，以及如何指導大型連續(xù)進料干化機的改進和研發(fā)，對于污泥干化的工程實踐將具有重要意義；同時，由于污泥自身性質(zhì)的多樣性，污泥形態(tài)在干化過程中的多變性，干化過程中熱量和質(zhì)量傳遞的復雜性，實際干化過程的隨機性，進一步明確污泥干化模型中影響干化特性的關鍵參數(shù)及其對污泥干化特性的具體影響,對于深入理解污泥干化機理將有重要意義；最后，污泥干化是一項高能耗工藝，進一步提出污泥干化焚燒系統(tǒng)節(jié)能降耗的具體措施，并實際評估節(jié)能降耗的效果，對于干化技術的推廣應用具有重要意義。 2．課題的研究目標、內(nèi)容和擬解決的關鍵問題 2.1 研究目標 本課題旨在利用有限元軟件，對圓盤干燥機關鍵結構——圓盤結構進行建模分析，使其核心部件得到優(yōu)化，從而達到優(yōu)化圓盤干燥機工作性能，改善其原有不足，提高圓盤干燥機效能以及企業(yè)市場競爭力的目的。 2.2 研究內(nèi)容 利用有限元分析軟件，對比圓盤干燥機中核心部件——圓盤的結構在有無加強板情況下的應力分布情況以及變形量，確定加強板對圓盤結構的影響，從而通過設計加強板在圓盤中的存在方式，優(yōu)化圓盤結構，已達到優(yōu)化圓盤干燥機處理效果的目的。 2.3 擬解決的關鍵問題 本課題通過有限元軟件對單個圓盤整體進行分析，想解決以下問題： （1）有無加強板對圓盤結構受力、變形等的影響； （2）有加強板時，確定加強板的數(shù)量； （3）有加強板時，確定加強板的尺寸； （4）有加強板時，確定加強板的位置。 二、設計方案的確定 1．方案的原理、特點與選擇依據(jù) 1.1 研究方案 利用有限元分析軟件ABAQUS，根據(jù)已給出的工況條件和要求尺寸等對單個圓盤整體進行建模，并進行參數(shù)設置（包括相關材料屬性、邊界條件、載荷情況等的確定）。在假設各變量之間不相互影響的情況下，通過對所建模型的應力分布和變形量等運算結果的考察，首先確定加強板的數(shù)量的影響，綜合結構優(yōu)化效果和成本等因素，確定加強板的數(shù)量；通過考察加強版在是否均布以及起始位置對應力和變形量的影響，確定加強板的分布情況；通過考察加強板長度尺寸等對應力和變形量的影響，確定其具體尺寸。最終，綜合前期分析數(shù)據(jù)，試帶入包含各最優(yōu)變量的不同組數(shù)據(jù)，驗證變量間互不干擾假設的合理性，得出最終的優(yōu)化方案。 1.2 原理 圓盤葉片作為臥式圓盤干化機中的重要干燥元件，其結構和性能對圓盤干化機最終的干化效果起著至關重要的作用。因此，對圓盤的結構進行優(yōu)化是十分重要的。此課題運用有限元法，利用ABAQUS軟件對圓盤結構進行建模和分析，針對所需要確定的加強板尺寸、數(shù)量和位置等問題，通過對比不同設置參數(shù)的應力分布和變形量等特征值，得出干化機圓盤的最佳結構。 1.3 特點與依據(jù) 首先，ABAQUS軟件是國際知名的有限元分析軟件，在世界范圍內(nèi)具有各自廣泛的用戶群，主要具有以下優(yōu)點： （1）采用CAD方式建模和可視化視窗系統(tǒng)，具有良好的人機交互特性。 （2）采用了參數(shù)化建模方法，為實際工程結構的參數(shù)設計與優(yōu)化，結構修改提供了有力工具。 （3）可以分析復雜的固體力學結構力學系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。 ABAQUS軟件致力于更復雜和深入的工程問題，其強大的非線性分析功能在設計和研究的高端用戶群中得到了廣泛的認可。 另外，本設計方案采用先假設后驗證的方法，邏輯清晰，能夠切實保證分析結果的準確性和有效性，適用于解決此類多變量問題。 2．設計步驟 （1）確定圓盤結果的材料和整體結構參數(shù)。 （2）利用ABAQUS軟件對圓盤干燥機的單個圓盤整體建立幾何模型。 （3）通過研究圓盤干化機的工作原理及實際工況，確定模型的邊界條件及載荷情況。 （4）假設影響圓盤性能的各變量間不相互影響。 （5）確定圓盤結構中加強板的數(shù)量。依次設置多個數(shù)量變量，帶入模型中求解其應力分布和變形量，找出加強板的數(shù)量對圓盤結構的影響規(guī)律，綜合結構優(yōu)化效果和成本等因素，確定加強板的數(shù)量。 （6）確定圓盤結構中加強板的位置。通過考察加強版在是否均布以及起始位置等對應力分布情況和變形量的影響，確定加強板的分布情況。 （7）確定圓盤結構中加強板的尺寸。依次設置多個尺寸變量，帶入模型中求解其應力分布和變形量，找出加強板的尺寸對圓盤結構的影響規(guī)律，綜合結構優(yōu)化效果和成本等因素，確定加強板的尺寸。 （8）驗證假設。通過計算分析包含各最優(yōu)變量的幾組結構參數(shù)，得出相應的應力分布和變形量，驗證各變量間互不干擾這一假設的正確性。 （9）最終確定圓盤中加強板數(shù)量、尺寸和位置的最優(yōu)結構方案。 三、階段性設計計劃、設計目標與應用價值 2017-2018-1學期： 19-22周：熟悉課題，完成想玩文獻的查閱；翻譯外文資料；撰寫文獻綜述； 學習并熟悉相關軟件。 2017-2018-2學期： 1-2周：確定數(shù)值模擬實驗方案； 3-4周：利用ABAQUS開展實驗組的數(shù)值計算； 5-6周：數(shù)值模擬計算結果后處理； 7-11周：數(shù)據(jù)分析、編寫畢業(yè)論文； 12-16周：匯編畢業(yè)論文，整理并提交畢業(yè)論文材料；修改材料；完成答辯及材料 完善。 四、參考文獻 [1] 潘萌，劉國榮，伯士成，等．含油污泥處理技術研究進展[J]．過濾與分離，2017，27（2）：9-13． [2] Guangji Hu，Jianbing Li，Guangming Zeng．Recent development in the treatment of oily sludge from petroleum industry:A review[J]．Journal of Hazardous Materials，2013，261：470-490． [3] 楊豪，劉磊．含油污泥處理技術研究現(xiàn)狀[J]．石油化工應用，2017，36（11）：6-15． [4] 郝先鵬．污泥熱干化技術的研究進展[J]．四川化工，2015，18（5）：11-13． [5] 周吉平．圓盤干化技術處理含油污泥的研究[J]．建材裝飾，2017：213-214． [6] 程剛，杜杰，陶國建．圓盤污泥干化技術及工程應用介紹[J]．市政水處理，2011，（12）：65-67． [7] 李博，污泥高效干化方法及干化焚燒系統(tǒng)的優(yōu)化運行研究[D]．浙江大學，2014． [8] 耿震，許敏．一種圓盤式污泥干化系統(tǒng)工藝設計實例[J]．給水排水，2015，41（10）：55-57． [9] 周欣，王琦，劉淑玲，等．圓盤式蒸汽半干化污泥系統(tǒng)技術探討[J]．環(huán)境衛(wèi)生工程，2013，21（5）：19-21． [10] 朱羽廷．圓盤干化機載氣處理工藝的優(yōu)化探討[J]．中國給水排水，2016，32（24）：28-30． [11] Seung-Hyun Moon，In-Soo Ryu，Seung-Jae Lee．Optimization of drying of low-grade coal with high moisture content using a disc dryer[J]．Fuel Processing Technology，2014，124：267-274． [12] Wenyi Deng，Yaxin Su， Weichao Yu．Theoretical calculation of heat transfer coefficient when sludge drying in a nara-type paddle dryer using different heat carriers[J]．Procedia Environmental Sciences，2013，18：709-715． 五、指導教師審閱意見 20180125 1. 文件傳送按格式要求。 2. 外文翻譯，封面格式按批注完善。 3. 外文翻譯，頁眉格式按學校模板，勿改動。 4. 外文翻譯，除外文翻譯第1頁外，其余頁面勿另起新頁。 5. 外文翻譯，外文翻譯正文需有題目、作者、摘要、關鍵詞、正文、參考文獻，格式需按批注要求完善。 6. 外文翻譯，公式編號需右對齊，全文檢查修改。 7. 外文翻譯，插圖插表中的英文需翻譯，表內(nèi)文字采用五號，全文檢查修改。 8. 其余修改意見見批注。 20180205 1. 外文翻譯，正文行間距應為18磅，全文檢查修改。（插圖插表位置單倍行間距） 2. 文獻綜述，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可分為國內(nèi)研究現(xiàn)狀和國外研究現(xiàn)狀來寫?，F(xiàn)狀圍繞課題來寫，寫圓盤干燥的研究現(xiàn)狀，如果圓盤干燥現(xiàn)狀較少，可擴展到干燥來寫。發(fā)展趨勢同樣是寫課題相關的，如圓盤干燥的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)狀和趨勢都集中在理論研究和技術研究層面寫。 3. 文獻綜述，研究目標、內(nèi)容和擬解決的關鍵問題。研究目標，是你課題研究的目標，研究內(nèi)容是你課題的研究內(nèi)容，不是畢業(yè)設計的內(nèi)容。擬解決的問題是一個具體的工程問題，你課題做完了解決了企業(yè)的一個什么問題，而不是你在解決問題的過程中所考慮的因素等東西。 4. 文獻綜述，方案的原理、特點、選擇依據(jù)、步驟。首先是方案，根據(jù)企業(yè)的一個具體問題，描述出你的方案，然后是這個方案的原理是什么，這個方案的特點是什么，為什么選擇這樣的一個方案，最后要稍微詳細的寫一下方案的步驟，也就是怎么實施的。 5. 文獻綜述，參考文獻的格式有錯誤，全部完善。另，參考文獻的行間距需調(diào)整。 6. 其余參見批注。 20180211 1. 在我返回給你的基礎上修改，我?guī)湍愀牡牟灰獎?。格式上的一些小問題，我直接幫你修改了。 2. 其余文件見批注。 20180223 1. 于開學前上傳至畢設系統(tǒng)。 簽名 年 月 日 （注：學生可根據(jù)文獻綜述的內(nèi)容相應擴充本表各項的大?。?