基于CFD的水力旋流器流场模拟研究

发布时间：2017-03-28 01:04

  本文关键词：基于CFD的水力旋流器流场模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水力旋流器是一种应用非常广泛的分离分级设备。由于其结构简单等优点,水力旋流器在各行各业显示出越来越广泛的应用前景。但是目前对水力旋流器的研究仍然以单因素的物理样机试验为主。由于物理样机试验成本效率低,而且试验结果不具有通用性,很难适应工业上的生产需要。本文旨在寻求一种简洁高效的水力旋流器研究方法,对水力旋流器的个性化设计提供方便。 本文应用比较权威的专业CFD软件——FLUENT,作为研究工具。通过合理的选择数学模型和正确的设定边界条件,结合流体力学中的旋转流、组合涡理论以及水力旋流器相关理论和试验结论,以清水(通常的物理样机试验也多以清水为介质)为介质,模拟标准水力旋流器的内部流场。将模拟结果与相关理论以及试验结果作对比,从而验证了模拟结果的正确性。 在实现流场全景式模拟的基础上,对旋流器流场的各主要参数做了逐一的定量的分析。并根据模拟结果和相关理论,对水力旋流器流场的径向速度提出了自己的观点和看法,并提供了相关的定性的理论证明。 根据模拟结果,对水力旋流器的结构参数n做了定量的分析,得出了关于水力旋流器的结构参数是一个变量的观点,认为水力旋流器的结构参数是一个沿旋流器半径的位置变化而变化的变量,并根据模拟结果计算出特定条件下水力旋流器的结构参数n的近似平均值。 通过对不同粘度介质的模拟结果对比分析,定量的分析了介质粘度对旋流器流场的影响程度。 对水力旋流器内部的空气柱、湍流状态以及整个流场的能量消耗情况做了定性的分析论证。
【关键词】：水力旋流器 CFD 流场模拟 结构参数 压力 速度
【学位授予单位】：西南石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TQ051.8
【目录】：

• 1 前言6-13
• 1.1 旋流器的发展概况6
• 1.2 水力旋流器的应用概况6-8
• 1.3 水力旋流器的研究方法8-10
• 1.3.1 数学方法8-9
• 1.3.2 试验方法9-10
• 1.3.3 数值模拟方法10
• 1.4 水力旋流器的研究现状10-11
• 1.5 本文的主要研究工作及取得的成果11-13
• 1.5.1 实现对旋流器流场全景式模拟和各参数的定量显示11
• 1.5.2 对各参数分布规律以及彼此之间的相互耦合关系的分析11
• 1.5.3 对空气柱产生机理、湍流特性以及能量损耗的定性分析11-12
• 1.5.4 对旋流器结构参数的定量研究12
• 1.5.5 定量研究介质粘度对旋流器流场的影响12-13
• 2 关于旋流器的基本理论13-20
• 2.1 基本流场理论13-16
• 2.1.1 旋转流体的能量方程13-14
• 2.1.2 自由涡运动的基本方程14
• 2.1.3 强制涡运动的基本方程14-15
• 2.1.4 组合涡运动的基本方程15-16
• 2.2 关于水力旋流器的一些基本内容16-20
• 2.2.1 旋流器的基本结构组成16
• 2.2.2 旋流器工作原理16-17
• 2.2.3 关于旋流器工艺设计理论17-20
• 3 CFD模型的建立20-37
• 3.1 关于FLUENT20-23
• 3.1.1 FLEUNT概述20-21
• 3.1.2 Fluent基本构成21
• 3.1.3 FLEUNT模拟程序21-23
• 3.2 建模过程23-34
• 3.2.1 几何建模23-24
• 3.2.2 网格划分和定义边界条件24-26
• 3.2.3 湍流模型的选择26-31
• 3.2.4 多相流模型的选择31-34
• 3.3 设定边界条件34-35
• 3.4 设定控制参数35-37
• 4 模拟结果及其数值分析37-75
• 4.1 以清水为介质的模拟结果37-60
• 4.1.1 关于压力37-41
• 4.1.2 关于切线速41-45
• 4.1.3 关于轴向速度45-47
• 4.1.4 关于径向速度47-54
• 4.1.5 关于空气柱54-57
• 4.1.6 关于湍流57-58
• 4.1.7 关于颗粒的分布58-60
• 4.1.8 小结60
• 4.2 关于水力旋流器结构参数n的定量分析60-65
• 4.3 关于能量损耗65-67
• 4.4 粘度对水力旋流器流场的影响67-75
• 4.4.1 粘度μ=0.005Pa·s时的模拟结果68-71
• 4.4.2 不同粘度下的模拟结果71-75
• 5 结论与展望75-77
• 5.1 结论75
• 5.2 建议与展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 附录 A: 关于Boussinesq假设82-83
• 附录 B:不同粘度下的模拟数据83-87
• 附录 C:作者在攻读硕士学位期间的论文发表情况87

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 邓雄;梁政;田家林;杨琳;;操作参数对液液旋流器内部流场及分离性能的影响分析[J];长江大学学报(自然科学版)理工卷;2008年03期

2 杨琳;梁政;田家林;;双锥型油水分离旋流器内部流场数值模拟[J];流体机械;2008年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郝树青;贯通式潜孔锤反循环取心（取样）钻进孔底流场模拟与实验研究[D];吉林大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 李鑫;单级井下旋分器实验研究[D];东北石油大学;2011年

2 李涛;处理砂石废水的旋流沉砂池内高浓度固液两相流数值模拟[D];天津大学;2010年

3 李斌;关于静态水力旋流分离器的理论研究及仿真[D];东北大学;2009年

4 蒋玲;PLC控制的絮凝剂自动配制系统的研究[D];安徽理工大学;2007年

5 雷琼;旋流分离水中柴油的实验研究及过程模拟[D];华中科技大学;2009年

6 鲁旭萍;基于FLUENT的新型旋流除砂器流场模拟分析及分离性能研究[D];重庆大学;2010年

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本文编号：271395