基于数值模拟的蜗壳式旋风分离器入口结构优化

发布时间：2020-09-19 21:48

　　旋风分离器作为一种非常重要的微细颗粒物分离设备,由于结构简单适用性强等特点在治理环境污染、化工、石油等方面都可以看到其身影,因而研究制造出以高分离效率、低压降损失为目标的旋风分离器具有重要的应用价值。旋风分离器内部为高雷诺数的三维湍流,内部流场的变化极其复杂使得其流动规律没有被完全掌握,随着计算流体力学的高速发展和普及应用,数值模拟的方法成为当前研究的主要手段。首先对四种不同的入口角度的蜗壳式旋风分离器进行数值模拟,通过tecplot后处理软件分析分离器内速度场和压力场之间的差异,得出随着入口角度的增加,最大切向速度也有不同程度的增长,且可以有效改善筒体顶部的上灰环现象和排气管管端的短路流,综合分离效率和压降损失的变化,入口角度在20°至30°之间存在一个较优值。其次基于回归正交试验的方法,对蜗壳式旋风分离器的入口结构尺寸和进气速度进行联合参数优化,数值仿真模拟分析36组模型,根据试验数据得到分离器的分离效率和压降的预测模型方程,并对入口高度、入口宽度、入口角度和进气速度四个参数变量在固定其中两个变量时其它两个参数对分离效率和压降损失的关系进行了对比分析,通过调用matlab优化工具箱以高分离效率和低压降为目标得出了最优入口结构参数和对应下的进气速度。现有的研究表明,旋风分离器在颗粒粒径较小(小于2um)时分离效率比较低,故在前文得出的优化的蜗壳式旋风分离器模型的基础上,在入口前设计一个水雾荷电团聚腔体,使颗粒在进入分离器前通过与水雾团聚作用增大直径。分析颗粒物在此装置中的受力以及用颗粒物在里面的停留时间和运动轨迹,对水雾团聚腔体的设计,进行了可行性初步分析。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.8
【部分图文】：

空气质量级别,城市环境,比例

下的新闻等自媒体报道中经常可以听到有关于雾霾天气严重影响着人们的日常逡逑出行。在２０１６年中国环境状况公报中指出，有８４个城市环境空气质量达标，占逡逑全部城市数的２４．９％，邋２５４个城市环境空气质量超标，占７５．１％，从图１－１可以逡逑看出，轻度污染及以上天数占到全年的２１．１％，说明我国饱受雾霾和其它环境污逡逑染问题的困扰，成为急需解决的问题。逡逑３．７０％逦２％＾0６0％逡逑＿中度逡逑图１－１邋２０１６年３３８城市环境空气质量级别比例逡逑Ｓｔａｉｒｍａｎｄ型旋风分离器［１］作为重要的微细颗粒物分离设备，由于结构简单逡逑适用性强等特点在治理环境污染、化工、石油等方面都可以看到其身影。实际上，逡逑经过对旋风分离器进行优化设计，可以有效做到气固分离，去除气体中各种尺寸逡逑的颗粒。正是由于旋风分离器在许多领域都有着重要的应用价值，对其气动参数逡逑和结构参数的优化设计成为近几年来一个研宄的热点方向。逡逑近２０多年来，随着现代计算流体力学ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ邋Ｆｌｕｉｄ邋Ｄｙｎａｍｉｃｓ）逡逑学科的理论研宄越发成熟

旋风分离器,基本结构,指标,排尘

１．２旋风分离器概述逡逑１．２．１旋风分离器物理结构和工作原理逡逑基本结构如图１－２所示，主要结构参数由入口高度ａ、入口宽度ｂ、圆柱体逡逑直径Ｄ、圆柱体高度Ｈ、排气管直径Ｄ／、排气管插入深度ｈ、圆锥体高度Ｈｅ、逡逑排尘口直径Ｂ，对于蜗壳式旋风分离器还有入口外环直径０４：等８个尺寸参数组逡逑成。逡逑其基本工作原理是：混有固体颗粒的气体由旋风分离器进气口进入到内部分逡逑离空间时，气体由于环形筒壁的导向作用，大部分气流沿分离空间内壁呈螺旋形逡逑朝着排尘口运动，通常称这部分为外旋流。粉尘粒子在切向速度的作用下产生离逡逑心力，甩向圆筒体壁面发生碰撞，在自身重力和内部外旋流的轴向速度的共同作逡逑用下滑落至底部排尘口。在接近排尘口底部附近，由于圆锥体的收缩过流面积减逡逑少，由旋矩不变原理可知，颗粒所受的切向速度也会渐渐增大，导致所受离心力逡逑也不断加强。同时外旋流在旋转过程中周围气压升高，在圆锥体某横截面的中心逡逑形成低压区

曲线图,分级效率,曲线图

Ｘ逡逑图１－３邋Ｓ型分级效率曲线图逡逑图１－３为Ｓ形分级效率曲线图。在原理上，如果旋风分离器的分离是比较理逡逑想化的，那么分离效率曲线将是一条垂直线。但实际却并非如此，这里面有很多逡逑４逡逑

【参考文献】