带直管的旋风分离器的数值模拟和设计研究

发布时间：2017-03-28 15:12

  本文关键词：带直管的旋风分离器的数值模拟和设计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着大气污染的加剧,空气质量的降低,城市雾霾的增加,环境保护成为各个国家关心的重要议题。各国相既制定了严格的粉尘排放标准,这些标准的制定对除尘技术提出了更高的要求。对于旋风分离器而言,高效、新型的旋风分离器的研制也得到进一步的发展。带直管的旋风分离器因在解决粉尘返混问题上具有优越性而逐渐被重视和研究,但目前关于带直管的旋风分离器的相关研究相对较少。论文主要从带直管的旋风分离器的数值模拟和设计两方面进行研究和分析的。分析和研究常规旋风分离器的分离理论,数值模拟方法,确定采用雷诺应力湍流模型(RSM)、固相离散相模型(DPM)模型,模拟带直管的旋风分离器的流场。首先将带直管的旋风分离器进行结构的拆分和组合,形成四种不同排尘结构的旋风分离器(包含带直管的旋风分离器),通过进行相同边界条件下的数值模拟,进行流场分析和分离特性对比,得到不同排尘结构下的旋风分离器流场的共性和异性,主要表现在：(1)四种排尘结构的旋风分离器分离区域的流场形式相同,切向速度分布相似,压降相差不大。带直管的旋风分离器的并不因直管的增加,而改变原分离空间的外准自由涡内准强制涡的组合双涡结构。(2)流场分布和分离特性存在着差异,带直管的旋风分离器内旋流的轴向速度由于径缩效应较大,其速度比其他分离器高3m/s。由于延长了一段分离空间,在分离5μm以下的小粒径的颗粒上,分离效率最高。数值模拟1.5D、1.75D、2.0D、2.25D、2.5D(其中D为筒体直径)直管长度下的五个带直管的旋风分离器A、B、C、D、E,通过流场分析和分离效率对比,得出随着直管长度的增加,流场的旋流速度,湍动能得到衰减,压降逐渐降低。直管长度的增加会延长分离空间,但会带来切向速度的衰减。分离效率并不随着的直管长度的增加而单增或单减。由模拟结果得到旋风分离器C的分离效率最高,压降适中,确定最优直管长度值为2倍的筒体直径。并且在用Stairmand压降公式预测带直管的旋风分离器的压降时,对压降模型中的摩擦损失系数q进行了修正,得到修正后的压降值与模拟值结果相近,证明该修正方法的正确性。参考“入口风速设计法”和确定的最优直管长度,提出带直管的旋风分离器的简易设计方法,并通过实例计算验证了该方法的可行性,为单个带直管的旋风分离器的结构设计提供一些有益的参考。此外,当一个旋风分离器无法满足生产要求时,通常将多个旋风分离器进行并联布置,来达到生产要求。根据经济成本模型,提出带直管的旋风分离器组进行并联布置的设计方法,为生产中的旋风分离器组的优化布置提供参考意见。
【关键词】：带直管的旋风分离器 数值模拟 排尘结构 直管长度 系数修正 设计 并联布置
【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】：X701.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 研究的目的及意义8-9
• 1.2 国内外研究进展9-16
• 1.2.1 旋风分离器结构改进的研究现状9-12
• 1.2.2 带直管的旋风分离器研究现状12-13
• 1.2.3 旋风分离器数值模拟的研究现状13-14
• 1.2.4 旋风分离器设计方法的概述14-16
• 1.3 本文主要研究内容和技术路线16-17
• 1.4 本文的创新点17-18
• 第2章 旋风分离器的分离理论和数值模拟模型18-30
• 2.1 旋风分离器的工作原理18-19
• 2.2 旋风分离器的分离理论19-23
• 2.2.1 沉降分离理论19-21
• 2.2.2 平衡分离理论21-23
• 2.3 旋风分离器的分离效率和压降23-25
• 2.3.1 分离效率的介绍23-25
• 2.3.2 压降的介绍25
• 2.4 气固两相分离模型25-29
• 2.4.1 气相流场的求解25-28
• 2.4.2 气相和颗粒相的相互作用28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 不同排尘结构的旋风分离器的数值模拟30-50
• 3.1 不同排尘结构的旋风分离器模型30-33
• 3.1.1 带直管的旋风分离器30-31
• 3.1.2 结构组合31-32
• 3.1.3 结构尺寸32-33
• 3.2 数值模拟方法33-37
• 3.2.1 湍流模型选择33-34
• 3.2.2 网格划分34-35
• 3.2.3 边界条件设置35
• 3.2.4 收敛性判断35-36
• 3.2.5 数值模型正确性验证36-37
• 3.3 数值模拟结果与分析37-48
• 3.3.1 流场分析37-46
• 3.3.2 颗粒轨迹追踪46-47
• 3.3.3 分离效率和压降47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第4章 不同直管长度的旋风分离器的数值模拟50-60
• 4.1 不同直管长度分离器的结构模型50-51
• 4.2 数值模拟方法51-52
• 4.2.1 模拟方法51
• 4.2.2 结果的可靠性验证51-52
• 4.3 数值模拟结果与分析52-59
• 4.3.1 旋风分离器流场52-55
• 4.3.2 分离效率和压降55-58
• 4.3.3 确定最优直管长度58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 带直管的旋风分离器的设计60-71
• 5.1 带直管的旋风分离器的结构参数设计60-63
• 5.1.1 确定筒体直径60-62
• 5.1.2 确定其他结构尺寸62-63
• 5.2 带直管旋风分离器的实例设计63-64
• 5.2.1 设计条件和步骤63
• 5.2.2 压降和分离效率计算63-64
• 5.3 带直管旋风分离器组并联布置的设计64-69
• 5.3.1 并联布置的旋风分离器65-66
• 5.3.2 经济成本模型66-67
• 5.3.3 实例运算67-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77

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