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振动条件下旋流分离器耦合流场的数值模拟

发布时间:2018-03-21 15:04

  本文选题:旋流分离器 切入点:流固耦合 出处:《东北石油大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:旋流分离器在运行过程中,内部强旋湍流会使设备产生振动,设备振动又会引起流场的振荡,而振荡流又进一步作用于设备上使其产生运动。流体与结构的交互使得内部流体的运动规律发生变化,对旋流分离器的工作性能产生影响。本文根据旋流分离器内部流动的特点,建立了一套适用于激光多普勒测速的旋流器实验装置,运用二维多普勒激光测速系统(LDV)对旋流器的二维流场进行测量研究,得到其不同截面下切向速度与轴向速度的分布规律。建立了旋流分离器内流体域和固体域数值计算模型,对非耦合条件下旋流分离器内流场进行数值模拟,对大涡模型(LES)中不同SGS模型进行优选,分析其在旋流分离器三维流场数值模拟的适用性。并将雷诺应力方法(RSM)和LES模拟结果进行比较,结果表明,LES需要较大的计算资源,但具有更高计算精度。在非耦合流场模拟的基础上,对流固耦合界面数据进行传递,基于动网格技术,建立旋流分离器双向耦合计算模型,对振动条件下旋流分离器内耦合流场进行数值模拟。结合LDV测试结果,将非耦合和耦合条件下的模拟结果进行比较,分析耦合条件下,旋流分离器内速度,压力,湍动能,涡量,可解雷诺应力及湍流强度等参数的变化,得到振动耦合对旋流分离器的流场分布规律的影响。本文研究成果为深入开展旋流器耦合流场的研究,提高旋流器内部流场耦合计算的计算精度和计算效率,奠定了基础。可为旋流器内螺旋流的研究、复杂湍流的生成机制及类似流体机械的流固耦合模拟提供理论指导。
[Abstract]:During the operation of the cyclone separator, the internal strong swirl turbulence will cause the vibration of the equipment, and the vibration of the equipment will cause the oscillation of the flow field. The oscillatory flow further acts on the device to make it move. The interaction between the fluid and the structure changes the motion of the internal fluid. According to the characteristics of the internal flow of the cyclone separator, a set of experimental equipment for measuring the velocity of the cyclone by laser Doppler is established. The two-dimensional flow field of hydrocyclone is measured by using the two-dimensional Doppler laser velocimetry system (LDV), and the distribution of tangential and axial velocities under different cross-sections is obtained. The numerical models of fluid domain and solid domain in cyclone separator are established. Numerical simulation of flow field in swirl separator under uncoupled conditions is carried out, and different SGS models in large eddy model are selected. The applicability of this method in three-dimensional flow field simulation of cyclone separator is analyzed, and the results of Reynolds stress method (RSM) and LES simulation are compared. The results show that a large amount of computational resources are needed. On the basis of the uncoupled flow field simulation, the convection-solid coupling interface data are transferred, and the bidirectional coupling calculation model of the cyclone separator is established based on the dynamic grid technology. Numerical simulation of coupled flow field in cyclone separator under vibration condition is carried out. Combined with the results of LDV test, the simulation results under uncoupled and coupling conditions are compared, and the velocity, pressure and turbulent kinetic energy in the cyclone separator are analyzed under coupling conditions. The effects of vibration coupling on the flow field distribution of swirl separator are obtained by the variation of vorticity, solvable Reynolds stress and turbulence intensity. It can provide theoretical guidance for the study of helical flow in hydrocyclone, the generation mechanism of complex turbulence and the fluid-solid coupling simulation of similar fluid machinery.
【学位授予单位】:东北石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ051.8

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本文编号:1644376

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