旋风分离器大涡数值模拟及分离性能研究

发布时间：2017-04-28 16:11

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【摘要】： 旋风分离器是一种利用气固两相流体的旋转运动使固体颗粒在离心力的作用下从气流中分离出来的设备,因其具有结构简单、高效、能承受高温高压等优点,在能源、化工、冶金、环保等许多领域有着广泛的应用。系统地研究旋风分离器内部的流场以及性能的影响因素,对改善和提高旋风分离器的性能有着重要的意义。 本文首先对国内外旋风分离器的发展及研究现状进行总结,指出旋风分离器研究中存在的一些问题以及数值模拟的必要性。通过查阅研究大量旋风分离器气—固两相数值模拟文献,本文采用大涡模拟方法对旋风分离器的流场进行模拟,采用相间耦合的随机轨道模型对固体颗粒运动轨迹进行研究。 通过前处理软件Gambit建立切向入口的旋风分离器的几何模型,针对旋风分离器内部复杂流场的模拟,确定合适的计算区域和边界条件,得到合适的计算网格文件。通过Fluent软件,本文的湍流模型采用基于各向异性的大涡模型(LES),差分格式采用QUICK格式,压力梯度项插补格式采用PRESTO格式,计算方法采用SIMPLEC算法,对旋风分离器气相流场进行数值模拟。包括气流速度场及压力场的研究分析,系统分析分离器内切向速度、轴向速度、径向速度、静压、动压及总压降的分布规律,并将数值模拟数据与文献中实验数据对比,确定数值模拟的正确性。 针对旋风分离器内气—固两相分离性能研究,本文采用拉格朗日坐标系下的相间耦合的DPM模型,模拟研究粉尘颗粒在旋风分离器内的分布及运动规律。研究内容包括:模拟分析粉尘微粒运动轨迹,不同微粒粒径、不同入口速度、不同颗粒浓度等微粒参数和分离器操作参数对分离效率的影响,以及不同排气管直径和排气管插入深度等结构参数对分离效率的影响。通过实验研究表明:旋风分离器的分离效率较高,不同颗粒浓度及入口速度对分离效率的影响与数值模拟结果一致。
【关键词】：旋风分离器 分离效率 Fluent 大涡模拟 离散相模型
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ051.8
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 旋风分离器的基本结构与工作原理8-9
• 1.2 旋风分离器的发展概况9-10
• 1.3 旋风分离机理及其进展10-11
• 1.4 旋风分离器设计研究中现状分析11-14
• 1.5 旋风分离器气固两相流数值模拟进展14-16
• 1.6 本文研究意义及研究内容16-17
• 第二章 旋风分离器数值模拟方法研究17-32
• 2.1 CFD简述17-18
• 2.2 Fluent软件简介18-20
• 2.3 旋风分离器气体相的数值模拟计算方法研究20-26
• 2.3.1 控制方程20-21
• 2.3.2 湍流模型21-24
• 2.3.3 动量方程离散格式和压力插补格式的选择24-25
• 2.3.4 压力与速度的耦合25-26
• 2.4 旋风分离器颗粒相的数值模拟计算方法研究26-30
• 2.4.1 单颗粒运动控制方程26-27
• 2.4.2 颗粒随机轨道模型27
• 2.4.3 FLUENT中的DPM模型27-28
• 2.4.4 气体相和颗粒相的相互作用28-29
• 2.4.5 颗粒与固体壁面间的相互作用29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 旋风分离器内气相流场的大涡数值模拟32-46
• 3.1 计算模型与方法32-35
• 3.1.1 计算模型的几何结构32-33
• 3.1.2 网格划分33-34
• 3.1.3 边界条件34-35
• 3.1.4 加快收敛的方法35
• 3.2 气相流场的速度分布的研究35-40
• 3.2.1 切向速度分布36-38
• 3.2.2 轴向速度分布38-39
• 3.2.3 径向速度分布39-40
• 3.3 旋风分离器压降的研究40-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 旋风分离器两相分离性能的数值模拟46-62
• 4.1 引言46
• 4.2 计算模型与方法46-48
• 4.3 微粒运动轨迹模拟与分析48-51
• 4.4 旋风分离器颗粒二次流分析51-52
• 4.5 微粒参数及操作参数对旋风分离器性能的影响52-57
• 4.5.1 不同微粒粒径对分离效率的影响52-53
• 4.5.2 入口速度对旋风分离器性能的影响53-55
• 4.5.3 颗粒浓度对分离效率的影响55-57
• 4.6 结构参数对旋风分离器性能的影响57-60
• 4.6.1 排气管管径对旋风分离器性能的影响57-58
• 4.6.2 排气管插入深度对旋风分离器性能的影响58-60
• 4.7 旋风分离器结构改进措施60-61
• 4.8 本章小结61-62
• 第五章 实验研究62-69
• 5.1 实验意义和目的62
• 5.2 实验原理62-64
• 5.3 实验设备及操作流程64-66
• 5.4 实验结果分析66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 全文总结与展望69-71
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间的主要研究成果76

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王灯文;李雪斌;;旋风分离器结构设计研究进展[J];煤矿机械;2012年06期

2 韩婕;刘阿龙;彭东辉;吴文华;;旋风分离器两相流动数值模拟研究进展[J];天然气化工(C1化学与化工);2012年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 刘桂凤;涡流空气分级机内气流及气固两相流的数值模拟研究[D];北京化工大学;2011年

2 张铁柱;火花熄灭消声器性能数值仿真与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

3 张伟;电厂燃煤飞灰取样与分离性能研究[D];北京交通大学;2010年

4 王灯文;新型商用油烟脱排净化系统的研究[D];安徽理工大学;2012年

5 綦海军;立磨选粉机分级流场数值模拟与节能改造研究[D];西南科技大学;2012年

6 周杰联;径向喷射规整旋流分离器的实验研究[D];华中科技大学;2012年

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本文编号：333113