井下净水装置纤维过滤器球状结构优化设计及仿真研究
发布时间：2021-05-19 10:48
建立井下净水站,对矿井水进行就地处理,为井下生产提供必要的洁净水,缓解煤矿地区用水紧张的压力,节约利用水资源。但是目前,井下净水装置普遍存在矿井水处理流量低、处理周期长、提供洁净水量少的缺点,这主要是由于矿井水过滤器过滤流量低、效果低引起的。过滤器结构性能得不到充分发挥,造成了过滤器重量较大、搬运不变。针对目前的情况,运用基于ANSYS的CFD数值模拟技术,进行了纤维过滤器仿真研究,通过此仿真研究,达到减轻过滤器质量的目的。为了提高过滤器的效率,利用ANSYS Workbench平台的Fluent模块,建立纤维过滤器内部流体模型,运用多孔介质层模拟彗星纤维滤料层,对过滤器进行不同入口压力和不同入口速度下的数值模拟,得到纤维过滤器过滤过程中内部流体的压力分布云图和速度分布云图,并导出过滤器内部八个点的数据,绘制曲线图,通过分析,得出结果:当入口速度一定的情况下,随着入口压力的增加,纤维过滤器模型产生的最大压力增大,最小压力减小,但是压力、速度的分布规律不变,压力的变化情况较速度变化明显;当入口压力一定时,随着入口速度的增大,纤维过滤器模型的入口、出口速度都增大,同时压力、速度的分布情况、...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 过滤滤料研究现状
1.3 井下净水装置研究现状
1.4 论文拟解决的主要科学及技术问题
1.5 论文研究内容与技术路线
第二章 数值模拟研究的基本理论与结构优化方法
2.1 CFD基本理论与方法
2.2 多孔介质简介
2.3 流固耦合简介
2.3.1 流固耦合理论基础
2.3.2 流固耦合相关方程
2.4 ANSYS流固耦合分析简介
2.5 结构优化方法
2.6 本章小结
第三章 纤维过滤器内部流场仿真研究
3.1 净水站过滤装置
3.2 纤维过滤器CFD仿真模型
3.2.1 纤维过滤器CFD模型建立与网格划分
3.2.2 边界条件的确定及数值计算
3.2.3 关键参数的确定
3.3 数值模拟结果
3.3.1 入口压力对滤层的影响
3.3.2 入口速度对滤层的影响
3.4 本章小结
第四章 纤维过滤器单向流固耦合分析
4.1 纤维过滤器单向流固耦合分析
4.1.1 单向流固耦合分析在ANSYS中实现
4.1.2 模型建立与网格划分
4.1.3 施加约束、加载载荷与耦合求解
4.2 单向流固耦合结果分析
4.2.1 入口速度对等效应力与总变形的影响
4.2.2 入口压力对等效应力与总变形的影响
4.3 本章小结
第五章 纤维过滤器结构优化
5.1 DirectOptimization优化方法选择
5.2 过滤器结构优化流程及仿真关键参数
5.3 过滤器模型及优化函数
5.3.1 过滤器参数化模型的建立
5.3.2 过滤器优化的数学模型
5.4 球罐及圆筒优化结果分析
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔介质过滤细颗粒[J]. 邢奕,赵晓明,刘应书,李子宜,洪晨,杨雄,孙依帆,王康,刘敏. 环境工程学报. 2016(11)
[2]多孔介质模型的纤维过滤器优化模拟[J]. 李小虎,张有忱,李好义,丁玉梅,杨卫民. 膜科学与技术. 2015(01)
[3]JMSGLQ-70C型井下在线自清洗精密水过滤站应用[J]. 李大庆. 同煤科技. 2014(03)
[4]多孔介质内流体压降的数值模拟[J]. 孟祥奎,王涛,孙曼曼,曹长青. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2013(03)
[5]多孔介质模型的纤维球过滤器数值模拟[J]. 赵军,朱庆强,范德顺. 化工机械. 2012(03)
[6]彗星式纤维滤料过滤器的研究[J]. 权洁,孟庆睿,侯友夫,王啸. 液压与气动. 2012(04)
[7]唐口矿井井下排水及供水系统方案的设计优化[J]. 张猛,宋恩民. 给水排水. 2009(09)
[8]微絮凝/涤纶高弹丝纤维球过滤工艺除藻试验研究[J]. 薛罡,马钟瑛,孟幼平,谢力. 中国给水排水. 2009(07)
[9]国内煤矿矿井水处理技术研究现状[J]. 王平. 同煤科技. 2008(01)
[10]高矿化度矿井水除盐方法的研究[J]. 胡冬冬,杨云龙. 山西建筑. 2008(08)
博士论文
[1]微灌石英砂滤层清洁压降分形阻力模型与反冲洗数值模拟[D]. 李景海.中国农业科学院 2016
硕士论文
[1]矿用净水站系统设计与纤维过滤器仿真研究[D]. 高立志.太原理工大学 2017
[2]高悬浮物高矿化度矿井水资源化关键技术应用研究[D]. 贾玉丽.河北工程大学 2015
[3]五沟煤矿矿井水井下处理工艺效果分析与出水水质评价[D]. 李慧玲.安徽理工大学 2015
[4]石英砂滤层过滤与反冲洗特性的实验研究及数值模拟[D]. 刘文娟.中国农业科学院 2014
[5]基于ANSYS的曲线重力坝坝形优化设计[D]. 王君红.兰州交通大学 2014
[6]超滤膜净水工艺中自动控制系统的应用研究[D]. 李二恩.太原理工大学 2013
[7]煤矿矿井水处理工程问题及对策研究[D]. 李硕.河北工程大学 2013
[8]煤矿矿井水井下处理就地复用工艺研究[D]. 李建红.河北工程大学 2012
[9]纤维球过滤器的结构设计与数值模拟[D]. 赵军.北京化工大学 2012
[10]彬长矿区矿井水资源化实验研究[D]. 席国强.西安科技大学 2011
本文编号：3195643
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 过滤滤料研究现状
1.3 井下净水装置研究现状
1.4 论文拟解决的主要科学及技术问题
1.5 论文研究内容与技术路线
第二章 数值模拟研究的基本理论与结构优化方法
2.1 CFD基本理论与方法
2.2 多孔介质简介
2.3 流固耦合简介
2.3.1 流固耦合理论基础
2.3.2 流固耦合相关方程
2.4 ANSYS流固耦合分析简介
2.5 结构优化方法
2.6 本章小结
第三章 纤维过滤器内部流场仿真研究
3.1 净水站过滤装置
3.2 纤维过滤器CFD仿真模型
3.2.1 纤维过滤器CFD模型建立与网格划分
3.2.2 边界条件的确定及数值计算
3.2.3 关键参数的确定
3.3 数值模拟结果
3.3.1 入口压力对滤层的影响
3.3.2 入口速度对滤层的影响
3.4 本章小结
第四章 纤维过滤器单向流固耦合分析
4.1 纤维过滤器单向流固耦合分析
4.1.1 单向流固耦合分析在ANSYS中实现
4.1.2 模型建立与网格划分
4.1.3 施加约束、加载载荷与耦合求解
4.2 单向流固耦合结果分析
4.2.1 入口速度对等效应力与总变形的影响
4.2.2 入口压力对等效应力与总变形的影响
4.3 本章小结
第五章 纤维过滤器结构优化
5.1 DirectOptimization优化方法选择
5.2 过滤器结构优化流程及仿真关键参数
5.3 过滤器模型及优化函数
5.3.1 过滤器参数化模型的建立
5.3.2 过滤器优化的数学模型
5.4 球罐及圆筒优化结果分析
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔介质过滤细颗粒[J]. 邢奕,赵晓明,刘应书,李子宜,洪晨,杨雄,孙依帆,王康,刘敏. 环境工程学报. 2016(11)
[2]多孔介质模型的纤维过滤器优化模拟[J]. 李小虎,张有忱,李好义,丁玉梅,杨卫民. 膜科学与技术. 2015(01)
[3]JMSGLQ-70C型井下在线自清洗精密水过滤站应用[J]. 李大庆. 同煤科技. 2014(03)
[4]多孔介质内流体压降的数值模拟[J]. 孟祥奎,王涛,孙曼曼,曹长青. 青岛科技大学学报(自然科学版). 2013(03)
[5]多孔介质模型的纤维球过滤器数值模拟[J]. 赵军,朱庆强,范德顺. 化工机械. 2012(03)
[6]彗星式纤维滤料过滤器的研究[J]. 权洁,孟庆睿,侯友夫,王啸. 液压与气动. 2012(04)
[7]唐口矿井井下排水及供水系统方案的设计优化[J]. 张猛,宋恩民. 给水排水. 2009(09)
[8]微絮凝/涤纶高弹丝纤维球过滤工艺除藻试验研究[J]. 薛罡,马钟瑛,孟幼平,谢力. 中国给水排水. 2009(07)
[9]国内煤矿矿井水处理技术研究现状[J]. 王平. 同煤科技. 2008(01)
[10]高矿化度矿井水除盐方法的研究[J]. 胡冬冬,杨云龙. 山西建筑. 2008(08)
博士论文
[1]微灌石英砂滤层清洁压降分形阻力模型与反冲洗数值模拟[D]. 李景海.中国农业科学院 2016
硕士论文
[1]矿用净水站系统设计与纤维过滤器仿真研究[D]. 高立志.太原理工大学 2017
[2]高悬浮物高矿化度矿井水资源化关键技术应用研究[D]. 贾玉丽.河北工程大学 2015
[3]五沟煤矿矿井水井下处理工艺效果分析与出水水质评价[D]. 李慧玲.安徽理工大学 2015
[4]石英砂滤层过滤与反冲洗特性的实验研究及数值模拟[D]. 刘文娟.中国农业科学院 2014
[5]基于ANSYS的曲线重力坝坝形优化设计[D]. 王君红.兰州交通大学 2014
[6]超滤膜净水工艺中自动控制系统的应用研究[D]. 李二恩.太原理工大学 2013
[7]煤矿矿井水处理工程问题及对策研究[D]. 李硕.河北工程大学 2013
[8]煤矿矿井水井下处理就地复用工艺研究[D]. 李建红.河北工程大学 2012
[9]纤维球过滤器的结构设计与数值模拟[D]. 赵军.北京化工大学 2012
[10]彬长矿区矿井水资源化实验研究[D]. 席国强.西安科技大学 2011
本文编号：3195643
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