Luận án Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong lõ quay xi măng có xét đến ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa

Vì những lý do đó, công thức (3.29) được lựa chọn để tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu giữa 
vỏ lò quay với môi trường không khí xung quanh trong luận án này. 
 Đối với hệ số trao đổi nhiệt bức xạ, có thể tính hệ số này dưới dạng phương trình tính 
nhiệt lượng của Newton: 
 44
  o .TFTsh a
 bx 
 sh  sh . (3.30) 
 TTsh a
 Dựa vào kết quả nghiên cứu về độ đen vỏ lò của Kuhle [128], bằng phương pháp bình 
phương tối thiểu, Đặng Quốc Phú [5] đã biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số trao đổi nhiệt 
bức xạ và nhiệt độ dưới dạng một hàm bậc hai: 
 2
 bx ttsh sh 
 sh 0,69 . 2,26. 5,27 (3.31) 
 100 100 
 Trong đó: 
 0
 tsh - nhiệt độ vỏ lò, C 
 Trong phạm vi nhiệt độ vỏ lò của các lò quay xi măng dao động từ 100 ‚ 5000C [109], 
độ lệch giữa kết quả tính theo (3.31) và theo phương trình tính nhiệt lượng của Newton 
(3.30) không vượt quá 1% [5]. Do vậy, công thức (3.31) sẽ được chúng tôi lựa chọn để xác 
định hệ số trao đổi nhiệt bức xạ khi tính tổn thất nhiệt do bức xạ từ vỏ lò ra môi trường 
không khí xung quanh. 
 Từ công thức (3.27), (3.29), (3.31) và biến đổi, thu được hệ số truyền nhiệt giữa vỏ lò 
và môi trường không khí xung quanh: 
 69 
 2
 0,11
 1,88 0,21 ttsh sh 
 sh 0,15.  2,54.tsh .D o 0,69. 2,26. 5,27 (3.32) 
 100 100 
3.4.1.5. Phương pháp xác định hệ số góc bức xạ 
 Vị trí tương đối giữa các vật có ý nghĩa rất quan trọng đến tính toán trao đổi nhiệt bằng 
bức xạ. Đây là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến dòng nhiệt trao đổi bằng bức 
xạ giữa các vật, chính yếu tố này làm cho việc tính toán trở nên đặc biệt phức tạp. Đặc 
trưng hình học của vị trí tương đối giữa các vật tham gia trao đổi nhiệt bức xạ là hệ số góc 
bức xạ. Hệ số góc bức xạ của bề mặt F1 đến bề mặt F2 (hình 3.5) là tỷ số giữa dòng bức xạ 
từ bề mặt F1 đập tới bề mặt F2 và toàn bộ năng lượng bức xạ phát ra từ bề mặt F1 [60]: 
 1 cos12 .cos
 . .dF .dF (3.33) 
 122 1 2
 .F1 FF12 r
 F2 
 F1 
 Hình 3.5. Hệ số góc bức xạ của hai vật đặt bất kỳ trong không gian 
 Hiện nay, đã có một số phương pháp khác nhau xác định hệ số góc bức xạ: Phương 
pháp tích phân, phương pháp đồ thị và phương pháp đại số. 
 Bản chất của phương pháp tích phân là sử dụng trực tiếp biểu thức (3.33) để tính toán, 
phương pháp này thực sự hiệu quả khi các vật có đặc tính hình học đơn giản, chẳng hạn 
như các bề mặt song song, các bề mặt vuông góc với nhau, các vật đặt đồng trục với nhau. 
Công thức xác định hệ số góc bức xạ của các vật này có thể tìm thấy trong [7], [40], [60] 
dưới dạng bảng hay đồ thị. 
 Đối với các vật có hình dạng và đặc tính hình học phức tạp thì việc xác định hệ số góc 
bức xạ bằng phương pháp tích phân sẽ trở nên rất khó khăn. Khi đó, người ta sẽ phải sử 
dụng các phương pháp khác. Một trong những phương pháp tương đối đơn giản và được sử 
dụng khá phổ biến là phương pháp đại số. Phương pháp này được xây dựng trên cơ sở tính 
 70 
chất hệ số góc bức xạ của các vật tham gia trao đổi nhiệt. Các tính chất này được trình bày 
rất kỹ trong [7], [40], [60]. Dựa vào đặc tính hình học của các vật tham gia trao đổi nhiệt 
bức xạ trong vùng có ngọn lửa của lò quay, chúng tôi lựa chọn phương pháp đại số để xác 
định hệ số này. 
 Các thành phần tham gia trao đổi nhiệt trong vùng có ngọn lửa của lò quay xi măng bao 
gồm: ngọn lửa, tường lò và vật nung; các thành phần này được thể hiện trên hình 3.6. 
 Tường lò 
 Ngọn lửa 
 Vật nung 
 Hình 3.6. Các thành phần tham gia trao đổi nhiệt trong vùng có ngọn lửa 
 Trong một hệ kín được tạo thành từ (n) vật, tổng hệ số góc bức xạ từ một vật tới tất cả 
các vật khác trong hệ luôn bằng 1 [60]. Có nghĩa là: 
  in ii i1 i2... i(n 1) 1 (3.34) 
 Do đó, phương trình xác định hệ số góc bức xạ của các vật trong vùng có ngọn lửa của 
lò quay xi măng được viết như sau: 
 ff fs fw 1 (3.35) 
 ss sw sf 1 (3.36) 
 Coi ngọn lửa có dạng hình trụ, là vật lồi nên ff = 0. Phương trình (3.35) trở thành: 
 fs fw 1 (3.37) 
 Coi bề mặt vật nung phần tiếp xúc với môi trường khí là mặt phẳng thì ss = 0. Phương 
trình (3.36) trở thành: 
 sw sf 1 (3.38) 
 Cũng theo Holman [60], khi hai vật tham gia trao đổi nhiệt bằng bức xạ thì hệ số góc 
bức xạ tỷ lệ nghịch với diện tích các bề mặt, do đó: 
 71 
 F.F.f fs s sf (3.39) 
 Từ định nghĩa, hệ số góc bức xạ từ ngọn lửa đến bề mặt vật nung được xác định như 
sau: 
 
 L (3.40) 
 fs 
 Từ (3.37), (3.38), (3.39), (3.40) và biến đổi, xác định được hệ số góc bức xạ của các vật 
tham gia trao đổi nhiệt trong vùng có ngọn lửa của lò quay xi măng: 
 fw 1 fs (3.41) 
 sw 1 sf (3.42) 
 Ff
 sf . fs (3.43) 
 Fs
3.4.2. Mô hình toán học trong vùng không có ngọn lửa 
 Các quá trình truyền nhiệt trong vùng không có ngọn lửa của lò quay xi măng được thể 
hiện trên hình 3.1c. Sự khác nhau chủ yếu về truyền nhiệt giữa vùng có ngọn lửa và vùng 
không có ngọn lửa thể hiện ở quá trình truyền nhiệt giữa tường lò phía mặt thoáng với bề 
mặt vật nung (hình 3.7). 
 
 Q1ws,g
 Tường lò 
 Tường lò  
 Q2ws,g Q2ws,g 
 Ngọn lửa 
 Khí 
 Vật nung Vật nung 
 a) Mặt cắt ngang của lò quay b) Mặt cắt ngang của lò quay 
 trong vùng có ngọn lửa trong vùng không có ngọn lửa 
 Hình 3.7. Quá trình truyền nhiệt giữa tường lò và vật nung phía mặt thoáng 
 Khác với vùng có ngọn lửa, quá trình truyền nhiệt giữa tường lò phía mặt thoáng với bề 
mặt vật nung trong vùng không có ngọn lửa là quá trình bức xạ chỉ đi qua lớp khí lò. Đây 
là cơ sở quan trọng để xây dựng mô hình truyền nhiệt trong vùng không có ngọn lửa. 
 72 
3.4.2.1. Các giả thiết khi xây dựng mô hình 
 Để xây dựng mô hình toán học, cần phải chấp nhận một số giả thiết đơn giản hóa sau: 
 - Các quá trình truyền nhiệt trong lò quay là ổn định 
 - Khí, tường lò, vật nung là vật xám và có độ đen không đổi (mục 1.4.1.1) 
 - Bỏ qua ảnh hưởng gradient nhiệt độ của khí, vật nung theo phương bán kính 
 - Nhiệt dung riêng của sản phẩm cháy không đổi. 
3.4.2.2. Mô hình toán học 
 Tương tự như mô hình truyền nhiệt xây dựng trong vùng có ngọn lửa; mô hình truyền 
nhiệt trong vùng không có ngọn lửa cũng được xây dựng dựa trên phương pháp tương tự 
nhiệt - điện kết hợp với các phương trình cân bằng năng lượng viết cho dòng khí và vật 
nung. 
 Trên cơ sở phân tích các quá trình trao đổi nhiệt trong vùng không có ngọn lửa và các 
giả thiết đã được nêu trong mục 3.4.2.1, mô hình toán học mô tả các quá trình truyền nhiệt 
trong vùng này được xây dựng như sau: Chia vùng không có ngọn lửa thành các phần tử có 
chiều dày xác định (hình 3.8a) và thiết lập phương trình cân bằng nhiệt cho từng phần tử 
(hình 3.8b). 
 a) Các phần tử trong vùng không có ngọn lửa 
 b) Các dòng nhiệt của một phần tử 
 Hình 3.8. Mô hình truyền nhiệt trong vùng không có ngọn lửa 
 73 
 Dựa vào các dòng nhiệt của một phần tử (hình 3.8b), phương trình cân bằng nhiệt của 
dòng khí có dạng: 
 QQQQz s sh z z (3.44) 
 Các dòng nhiệt Qz , Qz + z, được xác định như sau: 
 Tz
 Qz m. g c.dT p m.c.T g p z T o (3.45)
 To
 Tzz 
 Qz z m. g c.dTm.c.T p g p z z T o (3.46) 
 To
 Thay biểu thức (3.45) và (3.46) vào phương trình (3.44) và biến đổi, nhận được phương 
trình xác định nhiệt độ của khí tại các vị trí khác nhau dọc theo chiều dài lò: 
 1
 TT.QQz z z s sh (3.47) 
 mgp .c
 Bên cạnh phương trình cân bằng nhiệt cho khối khí, cần phải thiết lập phương trình cân 
bằng nhiệt cho vật nung. Bỏ qua nhiệt tỏa (thu) do các phản ứng hóa học, phương trình cân 
bằng nhiệt cho khối vật nung được viết như sau: 
 (3.48) 
 Để khQéps kín Q ws,whệ hai mphương s .c ps .(T trình s (3.47) T s và ) (3.48), trên cơ sở phân tích các quá trình trao 
 z zz 
đổi nhiệt trong vùng không có ngọn lửa và dựa vào mô hình tương tự nhiệt - điện trong 
vùng có ngọn lửa đã xây dựng trong mục 3.4.1, mô hình tương tự nhiệt điện trong vùng 
không có ngọn lửa được xây dựng và thể hiện trên hình 3.9. 
 R2 
 R3 R9 R10 
 Ew Esh Ea 
 R8 
 R1 R4 R7 
 Eg Jw Js 
 Es 
 R5 
 R6 
 Hình 3.9. Mô hình tương tự nhiệt - điện trong vùng không có ngọn lửa 
 74 
 Các biểu thức xác định nhiệt trở và các đại lượng trong mô hình được xác định theo 
[96] và được trình bày trong bảng 3.2 dưới đây. 
 Bảng 3.2. Các nhiệt trở và hệ số trao đổi nhiệt của mô hình 
 trong vùng không có ngọn lửa 
 22 Ro
 1 1 o.(T w T sh ).(T w T sh ).ln
 R1 R R
  ..F 2 ' I
 g wg wg gw.F wg R9 
 2. . z. w
 1 w 1 ' ws,w
 R R ws,w 
 3  .F 4 .F. 22
 w wg sw s g o.TT.TT w s w s 
 1 1 ' gs
 R R gs 
 5  ..F 6 ' 22
 g sg s gs.F s o.TT.TT g s g s 
 1  1 ' gw
 s R 
 R7 8 ' gw 22
 ss.F ws,w.F ws o.TT.TT g w g w 
 1 ' sh
 R sh 
 10 ' .TT.TT 22 
 sh.F sh o sh a sh a 
 Áp dụng định luật Kirchoff viết cho dòng nhiệt, phương trình tại các điểm nút như sau: 
 Tại nút Jw: 1 1 1 1 1 1 (3.49) 
 .Jw .E g .E w .J s 0
 RRRRRR1 3 4 1 3 4 
 Tại nút Js: 1 1 1 1 1 1 (3.50) 
 .Js .J w .E g .E s 0
 RRRRRR4 5 7 4 5 7 
 Tại nút Ew: 1 1 1 1 1 1 1 1 (3.51) 
 .Ew .E g .J w .E s .E0 sh 
 RRRRRRRR2 3 8 9 2 3 8 9 
 Tại nút Esh: 1 1 1 1 (3.52) 
 .Esh .E w .E a 0
 RRRR9 10 9 10 
 Tập hợp các phương trình từ (3.47) đến (3.52) tạo thành hệ phương trình sau: 
 75 
 1
 TT.QQz z z s sh 
 mgp .c
 1 1 1 1 1 1 (3.53) 
 .Jw .E g .E w .J s 0
 RRRRRR1 3 4 1 3 4 
 1 1 1 1 1 1 
 .Js .J w .E g .E s 0
 RRRRRR4 5 7 4 5 7 
 1 1 1 1 1 1 1 1 
 .Ew .E g .J w .E s .E0 sh 
 RRRRRRRR2 3 8 9 2 3 8 9 
 1 1 1 1 
 .Esh .E w .E a 0
 RRRR9 10 9 10 
 Hệ phương trình (3.53) chính là mô hình toán học mô tả các quá trình truyền nhiệt trong 
vùng không có ngọn lửa của lò quay xi măng. Giải hệ phương trình (3.53) với điều kiện 
ban đầu là các kết quả tính toán thu được tại mặt cắt cuối của vùng có ngọn lửa sẽ xác định 
được phân bố nhiệt độ của khí, tường lò, vật nung và vỏ lò. Tương tự như giải mô hình 
truyền nhiệt trong vùng có ngọn lửa, hệ phương trình (3.53) cũng được giải bằng phương 
pháp lặp Newton - Raphson và được chúng tôi lập trình bằng phần mềm Microsoft Excel 
2010. 
 Qs Q ws,w m s .c ps .(T s T s )
 z zz 
 Để giải hệ phương trình (3.53), ngoài các hệ số tỏa nhiệt đối lưu và hệ số truyền nhiệt 
đã tính toán được trong mô hình truyền nhiệt trong vùng có ngọn lửa thì cần phải xác định 
hệ số góc bức xạ giữa các thành phần tham gia trao đổi nhiệt bức xạ trong vùng không có 
ngọn lửa. Các thành phần tham gia trao đổi nhiệt bức xạ trong vùng này bao gồm: khí, 
tường lò và vật nung. Dựa vào sự trao đổi nhiệt bức xạ của từng thành phần trên, xác định 
được hệ số góc bức xạ từ vật nung đến khí ( sg), hệ số góc bức xạ từ tường lò phía mặt 
thoáng đến khí ( wg) và hệ số góc bức xạ từ vật nung đến tường lò phía mặt thoáng ( sw): 
 sg wg sw 1 (3.54) 
3.5. Mô phỏng số CFD quá trình cháy than phun trong lò quay xi 
măng 
3.5.1. Mô hình hình học của bài toán và chia lƣới mô hình 
3.5.1.1. Mô hình hình học của bài toán 
 76 
 Lò quay xi măng được mô hình hóa theo tỷ lệ 1:1 với chiều dài lò 78 m, đường kính 
trong 4 m. Mô hình hình học của lò quay được thể hiện trên hình 3.10. 
 a) Chiều dài lò quay xi măng 
 Khí 
 b) Mặt cắt ngang lò quay xi măng 
 Hình 3.10. Mô hình hình học lò quay xi măng 
 Vòi phun được mô hình hóa là những hình vành khuyên đồng tâm biểu thị các kênh dẫn 
khí và kênh dẫn than, được thể hiện trên hình 3.11. 
 KK1 NL KK2 
 Hình 3.11. Mô hình vòi phun 
3.5.1.2. Chia lưới mô hình 
 Mô hình lò quay xi măng được chia lưới trong ANSYS MESHING sử dụng phương 
pháp Sweep Mesh. Vùng đầu vào của nhiên liệu được chia thành nhiều phần tử, các phần 
tử có chiều dày mỏng và đi về phía đầu ra của lò thì các phần tử thưa dần. Lưới của mô 
hình được thể hiện trên hình 3.12. 
 Hình 3.12. Chia lưới mô hình theo phương pháp Sweep Mesh 
 77 
3.5.2. Mô hình mô phỏng quá trình cháy than phun trong lò quay xi măng 
 Hệ phương trình cần thiết để mô phỏng số CFD quá trình cháy than phun bao gồm: các 
phương trình chủ đạo và các phương trình trong mô hình toán học riêng của bài toán. 
3.5.2.1. Các phương trình chủ đạo trong mô phỏng bằng phương pháp số CFD 
 Các phương trình chủ đạo trong mô phỏng số CFD bao gồm hệ phương trình động lực 
học chất lưu và phương trình trạng thái, được viết như sau [17]: 
 a) Hệ phương trình động lực học chất lưu 
 Phương trình liên tục: 
  
 div .U 0 (3.55)
  
 Phương trình bảo toàn động lượng theo phương x: 
  . x p
 div . x .U div  .grad  x S Mx (3.56)
  x 
 Phương trình bảo toàn động lượng theo phương y: 
  . y p
 div .  .U div  .grad  S (3.57) 
  y y y My
 Phương trình bảo toàn động lượng theo phương z: 
  .  p
 z div .  .U div  .grad  S (3.58) 
 z z z Mz
 Phương trình bảo toàn nội năng: 
  .i 
 div .i.U p.div U div k.grad t  Si (3.59)
  
 b) Phương trình trạng thái 
 p,T (3.60)
 i  i  i 
 di .dT .dp cp .dT .dp (3.61) 
 T  p  p
 p TT 
 78 
3.5.2.2. Mô hình toán học mô phỏng quá trình cháy than phun 
 a) Mô hình dòng chảy rối 
 Mô hình dòng chảy rối là một quy trình tính toán nhằm mục đích đóng kín hệ phương 
trình trung bình thời gian của dòng [17], [113]. Có hai mô hình rối được sử dụng phổ biến 
trong mô phỏng bằng phương pháp số CFD hiện nay là mô hình chiều dài xáo trộn và mô 
hình k - . Nếu bỏ qua các quá trình đối lưu và khuếch tán của đặc tính rối thì các tác động 
của quá trình rối lên các giá trị trung bình của dòng chảy có thể biểu diễn thông qua mô 
hình chiều dài xáo trộn. Ngược lại, nếu thành phần đối lưu và khuếch tán của sự rối không 
thể bỏ qua thì sử dụng mô hình chiều dài xáo trộn không còn phù hợp nữa [113]. Khi đó, 
có thể biểu diễn các tác động của quá trình rối đến cả hai thành phần đối lưu và khuếch tán 
thông qua mô hình dòng chảy rối k - . Vì lý do này, mô hình dòng chảy rối k -  được 
chúng tôi lựa chọn để mô phỏng quá trình cháy than phun trong lò quay xi măng. 
 Các phương trình của mô hình dòng chảy rối k - : 
 Mô hình dòng chảy rối k -  chính tắc bao gồm hai phương trình: phương trình cho 
động năng rối (k) và phương trình cho độ tiêu tán rối () [59], [83]: 
 Phương trình cho động năng rối (k): 
  .k 
 div .k.U div .grad k 2.  .Eij .E ij .  (3.62) 
  k
 Phương trình cho độ tiêu tán rối (): 
 2
  .   
 div .  .U div .grad  C1 . .2.   .E ij .E ij C 2  . . (3.63) 
   kk
 Trong đó: 
 k2
 µ - hệ số nhớt rối,  .C . 
 
 Cµ, k, , C1, C2 - các hằng số hiệu chỉnh, được trình bày trong bảng 3.3. 
 Bảng 3.3. Các hằng số hiệu chỉnh trong mô hình dòng chảy rối k -  
 Cµ k  C1 C2 
 0,09 1,00 1,3 1,44 1,92 
 79 
 Điều kiện biên của mô hình dòng chảy rối k - : 
 Do có sự xuất hiện của gradient khuếch tán nên các phương trình của mô hình rối k -  
có dạng elíp [113]. Tác động của chúng tương tự như những phương trình của dòng chảy 
dạng elíp khác. Do vậy, để giải cần có các điều kiện biên như sau: 
 - Tại miệng vào của vòi phun: phân bố k và  phải biết trước 
 k 
 - Tại miệng ra của vòi phun: 0 và 0 
 n n
 - Dòng chảy tự do: k = 0 và  = 0 
 Các điều kiện biên k và  của mô hình rối k -  rất khó xác định bằng thực nghiệm. Vì 
vậy, hai đại lượng này được xác định thông qua cường độ rối Ti và chiều dài đặc trưng L 
của thiết bị từ các công thức thực nghiệm [113]: 
 3
 k . U .T 2 (3.64) 
 2 ri
 3
 k 2
  C.0,75 (3.65) 
  0,07.L
 Ở đây: 
 Ur - vận tốc danh nghĩa của dòng chảy. 
 b) Mô hình cháy 
 Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, Abdelmonem H. Alyaser [33] cho rằng mô hình 
cháy EDM (The Eddy Disipation Model) của Magnussen và Hjertager [77] là mô hình phù 
hợp nhất để mô phỏng quá trình cháy than bằng phương pháp số CFD. Theo đó, với giả 
thiết, quá trình cháy diễn ra rất nhanh khi các chất phản ứng hỗn hợp với nhau, mô hình 
EDM bao gồm ba phương trình sau: 
 Phương trình giới hạn chất phản ứng: 
  I
 R A. .min (3.66) 
 k '
 k vkI
 Trong đó: 
 [I] - nồng độ mol của thành phần hóa học chất phản ứng 
 I - thành phần hóa học của chất phản ứng 
 ’
 vkI - hệ số cân bằng hóa học cho các chất phản ứng 
 80 
 k - động năng rối 
  - độ tiêu tán rối 
 A - hệ số của mô hình 
 Rk - tốc độ phản ứng. 
 Phương trình giới hạn sản phẩm cháy: 
  I.W 
  I
 RA.B.. p (3.67) 
 k k "
  vkI .W I
 p
 Trong đó: 
 WI - khối lượng phân tử của thành phần hóa học I 
 B - hệ số của mô hình. 
 Trong mô hình EDM, tốc độ phản ứng được xác định bằng giá trị nhỏ nhất trong hai 
phương trình (3.66) và (3.67). 
 Phương trình giới hạn nhiệt độ cực đại của ngọn lửa: 
 
 R A. .C (3.68)
 k,MFTk MFT
 Trong đó: 
 .cp
 CMFT max T max T ,0 K . 
 HR
 Ở đây: 
 cp - nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của hỗn hợp chất phản ứng 
 HR - nhiệt tỏa do phản ứng cháy của nhiên liệu trên 1 mol 
 - khối lượng riêng của khí. 
 c) Mô hình bức xạ nhiệt 
 Trong vùng có ngọn lửa của lò quay, lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ gấp 3 lần lượng 
nhiệt truyền do sự khuếch tán phân tử [33]. Do vậy, trao đổi nhiệt bức xạ có ảnh hưởng rất 
lớn đến toàn bộ quá trình truyền nhiệt trong lò. Trong số các mô hình bức xạ nhiệt được áp 
dụng để mô phỏng quá trình cháy than phun, mô hình xấp xỉ vi phân (The Differential 
Approximation) hay còn gọi là mô hình P1 được sử dụng nhiều nhất trong mô phỏng bằng 
phương pháp số CFD. Mô hình bức xạ nhiệt P1 được viết dưới dạng phương trình sau [80]: 
 81 
 1
 . .  Ev A av . E v 4.E ov (3.69) 
 3. Aav A sv K.A sv
 Trong đó: 
 Aav - hệ số hấp thụ 
 Asv - hệ số tán xạ 
 K - hệ số tính đến sự không đẳng hướng 
 Ev - năng suất bức xạ của vật 
 Eov - năng suất bức xạ của vật đen tuyệt đối. 
3.5.3. Điều kiện ban đầu 
 Dữ liệu ban đầu để mô phỏng quá trình cháy than phun là các thông số tính toán ban 
đầu lấy từ mô hình lý thuyết. Giải mô hình mô phỏng bằng phần mềm ANSYS sẽ xác định 
được trường nhiệt độ của khí, tường lò, vật nung và vỏ lò. Kết quả mô phỏng được trình 
bày trong nội dung chương 5 của luận án. 
3.6. Kết luận chƣơng 3 
 Từ các kết quả nghiên cứu về truyền nhiệt trong lò quay xi măng có xét đến ảnh hưởng 
của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn lửa, chúng tôi rút ra một số kết luận sau: 
- Trên cơ sở phương pháp tương tự nhiệt - điện kết hợp với các phương trình cân bằng 
năng lượng và dựa vào các giả thiết, mô hình toán học mô tả các quá trình truyền nhiệt 
trong lò quay xi măng có xét đến ảnh hưởng của quá trình cháy và bức xạ nhiệt của ngọn 
lửa đã được xây dựng từ hai mô hình toán học: mô hình thứ nhất mô tả các quá trình truyền 
nhiệt trong vùng có ngọn lửa; mô hình thứ hai mô tả các quá trình truyền nhiệt trong vùng 
không có ngọn lửa. 
- Trên cơ sở phương pháp lặp Newton - Raphson đã lập chương trình tính toán bằng phần 
mềm Microsoft Excel 2010 để giải mô hình toán học. 
- Trên cơ sở phân tích, đánh giá hàng loạt các công thức, đã lựa chọn được các công thức 
tính toán phù hợp để xác định các hệ số trao đổi nhiệt và hệ số góc bức xạ trong mô hình 
toán học. 
- Đã nghiên cứu quá trình cháy than phun trong lò quay xi măng bằng phương pháp mô 
phỏng số CFD trên cơ sở lựa chọn ba mô hình: mô hình dòng chảy rối k - , mô hình cháy 
EDM và mô hình bức xạ nhiệt P1. 
 82 
 CHƢƠNG 4. 
 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ 
 VỎ LÕ QUAY XI MĂNG 
 Trong chương này, chúng tôi nghiên cứu thực nghiệm với các nội dung chính sau: 
- Xác định phân bố nhiệt độ của vỏ lò quay xi măng đang hoạt động dọc theo chiều dài 
- Khảo sát thực tế nhiệt độ của ngọn lửa, khí, vật nung tại một số vị trí đặc trưng trong lò. 
4.1. Thiết bị thực nghiệm và thiết bị đo 
 Đối tượng khảo sát được thực hiện trên lò quay xi măng đang hoạt động thuộc dây 
chuyền số 2 nhà máy xi măng Bút Sơn, Hà Nam. Hình ảnh lò quay xi măng Bút Sơn được 
thể hiện trên hình 4.1. Các thông số cơ bản của lò quay được trình bày trong bảng 4.1. 
 Hình 4.1. Lò quay xi măng Bút Sơn 
 Bảng 4.1. Các thông số cơ bản của lò quay xi măng Bút Sơn 
 Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 
Năng suất lò G kg/h 166660 
Chiều dài lò L m 78 
Đường kính trong Di m 4 
Chiều dày tường  m 0,25 
Góc nghiêng của lò β độ 3,5 
Tốc độ quay n v/ph 3 
 83 
 Để đảm bảo chất lượng clinker theo yêu cầu công nghệ và để