基于CFD的叶片式除雾器的优化设计

发布时间：2017-09-17 05:29

  本文关键词：基于CFD的叶片式除雾器的优化设计

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【摘要】：除雾器是一种工业生产中普遍使用的气液分离设备,常用的除雾器有丝网除雾器、叶片式除雾器、旋流板除雾器和电除尘式除雾器。叶片式除雾器由于尺寸和结构多种多样,且具有除雾效率高、压降低、允许气速大、不易堵塞等优点而在化工分离中得到广泛应用。目前对除雾器的研究方法主要为实验研究和数值模拟,实验方法因投入高、周期长、过程繁琐而逐渐被数值模拟方法所取代。本文基于计算流体力学方法,利用ANSYSY Fluent软件对叶片式除雾器的除雾流场进行了数值模拟,以提高除雾效率为目标,对叶片式除雾器的工艺参数进行了优化。全文主要开展了以下几个方面的工作：(1)对气液分离技术的原理和应用进行了探讨,对比分析了各类除雾器的应用情况,并对叶片式除雾器的结构和除雾原理进行了分析研究,明确了影响除雾效率和压降的主要因素；(2)以液滴颗粒在除雾流场内的分离原理和气液两相流数值模拟方法为基础,建立了叶片式除雾器的计算流体动力学模型,运用Fluent对除雾流场进行数值模拟,模拟时网格采用结构化的四边形网格,液滴颗粒采用DPM模型计算,连续相甲烷湍流采用重整化k-ε模型,计算的离散格式选用二阶迎风格式；(3)对五种类型(流线型、流线型带倒钩、三角形折线型、折线型带单集液槽和折线型带双集液槽)的叶片式除雾器进行了对比分析研究,确定了叶片式除雾器的初步设计方案；(4)对叶片式除雾器在不同工艺参数下的除雾流场进行了模拟计算,重点分析了叶片间距、叶片角度、叶片高度、集液槽长度、气流速度和温度对除雾效率和压降的影响,绘制了各因素对除雾效率和压降的影响曲线,并对该叶片式除雾器分离不同直径液滴的处理能力进行了分析,得到了较优的参数组合；(5)利用正交试验设计法,合理确定了叶片式除雾器各设计参数的因素和水平,采用极差分析法对模拟试验结果进行了分析,得到了各参数对除雾效率和压降影响的主次顺序,并对比确定了叶片式除雾器各参数的最佳值；(6)在研究范围内得到折线型带单集液槽叶片式除雾器的最优参数组合为：叶片间距25mm、叶片角度90°、叶片高度160mm、集液槽长度14mm、气流速度3m/s、温度100℃；论文的研究结果表明：叶片式除雾器对直径大于15μm的颗粒有较好的处理能力；各因素对除雾效率的影响主次顺序为：叶片角度叶片间距气流速度叶片高度集液槽长度温度；各因素对压降的影响主次顺序为：气流速度叶片角度集液槽长度叶片间距温度叶片高度；参数优化后的叶片式除雾器可使除雾效率达到100%,与参数优化前相比,除雾效率提高了19.42%。
【关键词】：叶片式除雾器 除雾效率 压降 优化设计 数值模拟
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.8
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 研究目的及意义10-11
• 1.3 叶片式除雾器研究现状11-13
• 1.3.1 叶片式除雾器国外研究现状11-12
• 1.3.2 叶片式除雾器国内研究现状12-13
• 1.4 主要研究内容和技术路线图13-16
• 1.4.1 主要研究内容13-14
• 1.4.2 技术路线图14-16
• 第2章 叶片式除雾器的理论分析16-26
• 2.1 气液分离原理16-17
• 2.1.1 惯性碰撞分离16
• 2.1.2 重力沉降分离16
• 2.1.3 离心分离16-17
• 2.1.4 静电吸引分离17
• 2.1.5 过滤分离17
• 2.2 除雾器分类与应用17-21
• 2.2.1 丝网除雾器18
• 2.2.2 叶片式除雾器18-20
• 2.2.3 旋流板除雾器20-21
• 2.2.4 电除尘式除雾器21
• 2.3 叶片式除雾器性能衡量标准和影响因素21-23
• 2.3.1 叶片式除雾器性能衡量标准21-22
• 2.3.2 叶片式除雾器性能影响因素22-23
• 2.4 液滴在除雾流场中的运动23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 叶片式除雾器数值模拟方法26-39
• 3.1 ANSYS Fluent介绍26-28
• 3.1.1 计算流体动力学分析26-27
• 3.1.2 数值模拟27
• 3.1.3 Fluent软件简介27-28
• 3.2 除雾器数值模拟模型28-34
• 3.2.1 湍流模型的选取28-33
• 3.2.2 离散相模型33-34
• 3.3 几何模型的建立与网格划分34-36
• 3.3.1 几何模型的建立34-35
• 3.3.2 网格划分35-36
• 3.4 数值模拟计算条件36-37
• 3.4.1 模拟条件的简化36-37
• 3.4.2 初始及边界条件37
• 3.5 本章小结37-39
• 第4章 叶片式除雾器流场数值模拟39-47
• 4.1 模拟条件39
• 4.1.1 计算流体介质和计算条件39
• 4.1.2 除雾效率与压降的确定39
• 4.2 五种叶片类型的除雾性能39-43
• 4.2.1 不同叶片类型的除雾效率分析40-42
• 4.2.2 不同叶片类型的压降分析42-43
• 4.3 五种叶片类型除雾通道内流场分布43-46
• 4.3.1 不同叶片类型除雾通道内压力分析43-44
• 4.3.2 不同叶片类型除雾通道内速度分析44-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 叶片式除雾器除雾性能研究47-82
• 5.1 不同叶片间距下除雾器除雾性能47-51
• 5.1.1 叶片间距对除雾效率的影响47-49
• 5.1.2 叶片间距对压降的影响49-51
• 5.2 不同叶片角度下除雾器除雾性能51-55
• 5.2.1 叶片角度对除雾效率的影响51-53
• 5.2.2 叶片角度对压降的影响53-55
• 5.3 不同叶片高度下除雾器除雾性能55-61
• 5.3.1 叶片高度对除雾效率的影响56-58
• 5.3.2 叶片高度对压降的影响58-61
• 5.4 不同集液槽长度下除雾器除雾性能61-66
• 5.4.1 集液槽长度对除雾效率的影响61-63
• 5.4.2 集液槽长度对压降的影响63-66
• 5.5 不同气流速度下除雾器除雾性能66-71
• 5.5.1 气流速度对除雾效率的影响66-68
• 5.5.2 气流速度对压降的影响68-71
• 5.6 不同温度下除雾器除雾性能71-75
• 5.6.1 温度对除雾效率的影响71-73
• 5.6.2 温度对压降的影响73-75
• 5.7 除雾器对不同直径液滴的分离能力75-80
• 5.7.1 除雾效率分析75-78
• 5.7.2 压降分析78-80
• 5.8 本章小结80-82
• 第6章 叶片式除雾器工艺参数正交优化设计82-91
• 6.1 正交设计简介82-83
• 6.1.1 正交设计82
• 6.1.2 正交表的构造82-83
• 6.2 叶片式除雾器工艺参数优化正交试验83-86
• 6.2.1 影响因素和水平的选取83-84
• 6.2.2 试验结果的直观分析84
• 6.2.3 试验结果的计算分析84-86
• 6.3 叶片式除雾器工艺参数优化设计86-89
• 6.3.1 试验验证86
• 6.3.2 叶片式除雾器工艺参数优化86-87
• 6.3.3 优化参数下的除雾性能87-89
• 6.3.4 叶片式除雾器最优工艺参数89
• 6.4 本章小结89-91
• 第7章 结论与建议91-93
• 7.1 结论91-92
• 7.2 建议92-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-99
• 附录199-100

【参考文献】

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本文编号：867536