旋风分离器内气固两相流数值模拟与稳定性研究

发布时间：2017-11-11 18:01

  本文关键词：旋风分离器内气固两相流数值模拟与稳定性研究

  更多相关文章： 旋风分离器 湍流模型 能量梯度 旋进涡核 分离效率

【摘要】：旋风分离器以结构简单、造价实惠、能耗较低、维护方便等优点使其在机械、冶金、化工、石油等行业中一直占主导地位。旋风分离器是一种利用气流的离心力将颗粒甩向壁面从而实现分离的设备,在分离过程中需要考虑气流、颗粒自身特性以及两相之间静电、吸附等复杂的相互作用。旋风分离器内部流动为复杂三维强旋流动,除主流涡之外还伴随着纵向环流、短路流、返混等局部二次流。尽管旋风分离器已广泛应用于工程实际中,但是经济的发展、环境的变化和生产规模的提高使得对旋风分离器性能的要求越来越严格。因此,深入研究旋风分离器内气固分离及流动稳定性机理刻不容缓。本文结合直切式旋风分离器结构特点,利用计算流体动力学对直切式旋风分离器内部流场特性进行研究,获得内部流场的总体规律及机理原因。采用基于各向异性假设的雷诺应力模型(RSM)来模拟湍流流动,利用离散相模型(DPM)和随机轨道模型(DRW)来表征旋风分离器内气固两相流及颗粒分离特性。在此工作基础上,进行了以下几方面的研究分析:(1)利用湍流模型k??模型、RNG k??和RSM对旋风分离器内部流场进行数值模拟分析并与实验作对比,得到了RSM的预测结果与实验数据最吻合,且能够清楚得给出双旋涡结构。(2)通过改变排尘口直径,分析旋风分离器内部流场,得到流动速度、压力降、分离效率、湍流强度等变化规律。采用能量梯度理论分析旋风分离器内部流场组合涡结构稳定性,发现了当直径比为0.355时,其外涡结构的主要速度分布最接近理论自由涡速度分布趋势。(3)通过改变旋风分离器排气管插入深度,对旋风分离器内部流场的速度、涡量分布以及旋进涡核现象进行非定常模拟分析。研究发现排气管插入深度的增加将避免短路流现象的发生,起到稳涡的作用;但是排气管插入深度过长会提高旋流损失,增加压降。(4)在气相流场的分析基础上,对旋风分离器内气固两相流进行数值模拟分析,重点分析了颗粒直径以及不同初始喷射位置对旋风分离器分离性能的影响。研究发现,在一定程度上,粒径越大,分离效率越高,但当粒径大于24?m时则将会发生滞留现象。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.8

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本文编号：1172467