基于多结构因素的气液旋流分离器优化

发布时间：2017-04-29 03:00

  本文关键词：基于多结构因素的气液旋流分离器优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气-液旋流分离器具备分离效率高、设备体积小、适合长周期运转等诸多优点,迄今己在矿物加工、石油、环保等诸多工业领域中得到广泛应用。气-液旋流分离器内部流场复杂,各个分支结构之间的尺寸配合非常紧密,有着相互协助制约的关系,所以对于气-液旋流分离器性能的分析如果从单个结构因素着手,获得的结果并不全面。而现今对于诸多结构尺寸多因素协同作用时对分离器的影响鲜有报道,所以本文主要针对排气管直径、排气管插入深度、排气管偏置角度、排气管偏置距离和底流口防返混锥锥形底面积比例5个结构因素进行优化研究。设计正交试验,试验采用5因素4水平的正交表进行,建立16组有代表性的水平组合模型,利用Fluent软件对所有模型进行数值模拟,模拟过程中气相和液相的模拟分别采用RSM模型和DPM模型。对每组模型进行液相模拟,可由排气口液滴逃逸粒径分布的百分比判定气-液旋流分离器分离性能的好坏。对16组正交试验用极差法找出各因素优水平组合以及各因素对分离效率和压降的主次影响顺序,其中排气管直径对压降影响最大,底部防返混锥底面积比例对分离效率影响最大,排气管插入深度对两个指标影响都最小。然后通过综合平衡法找到最优组合,即排气管直径为0.3D,排气管插入深度为1.4a,排气管偏置距离为8mm,排气管偏置角度为270°,锥形底面积比例为60%。最后分析了优选结构下液滴粒径和入口速度对压降和分离效率的影响,改变液滴粒径,通过模拟计算可知优选结构适用于任何粒径液滴,对较大粒径液滴可以达到完全分离。入口速度对分离效率有显著影响,入口速度越大,旋流分离器内压降越大,分离器能耗变大,效率变低,入口速度过小,气液分离不完整,分离效率降低。
【关键词】：气液旋流分离器 分离效率 压降 正交试验 结构优化
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.8
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.2 气-液旋流分离器基本结构与工作原理12-14
• 1.2.1 气-液旋流分离器基本结构12
• 1.2.2 气-液旋流分离器分离机理12-13
• 1.2.3 气-液旋流分离器流场特征13-14
• 1.3 流场研究的方法14
• 1.4 气-液旋流分离器结构改进的国内外相关研究14-16
• 1.4.1 入口结构的优化研究15
• 1.4.2 排气管结构的优化研究15-16
• 1.4.3 柱锥段分离腔结构的优化研究16
• 1.4.4 底流口结构的优化研究16
• 1.5 本文研究内容16-18
• 第2章 气-液旋流分离器数值模拟方法研究18-23
• 2.1 流动控制方程18
• 2.2 常用湍流模型18-21
• 2.2.1 标准k -e 模型18-19
• 2.2.2 RNG k -e 模型19-20
• 2.2.3 RSM模型20-21
• 2.3 离散格式21-22
• 2.4 压力插补格式22
• 2.5 压力与速度的耦合22
• 2.6 本章小结22-23
• 第3章 网格划分及可靠性验证23-32
• 3.1 物理模型及网格划分23-25
• 3.1.1 物理模型尺寸23
• 3.1.2 网格的划分23-25
• 3.2 边界条件的设定25-26
• 3.3 计算结果收敛判断26-27
• 3.4 网格无关性讨论27-29
• 3.5 计算结果可靠性分析29-30
• 3.6 本章小结30-32
• 第4章 气-液旋流分离器优化设计32-40
• 4.1 正交试验安排32
• 4.2 旋流分离器液滴相模型与计算方法32-33
• 4.3 两相边界条件的设定33-34
• 4.4 液滴轨迹的跟踪34
• 4.5 不同试验排气口液滴直径分布34-38
• 4.5.1 液滴物性34-35
• 4.5.2 排气口液滴直径分布分析35-38
• 4.6 旋流分离器主要性能指标38-39
• 4.6.1 压力降38-39
• 4.6.2 分离效率39
• 4.7 本章小结39-40
• 第5章 基于多结构因素的正交试验分析40-44
• 5.1 正交试验结果极差分析40-41
• 5.2 综合平衡法分析正交试验结果41-43
• 5.3 本章小结43-44
• 第6章 数值模拟结果分析44-54
• 6.1 旋流分离器压力损失研究44-46
• 6.2 切向速度对比分析46-48
• 6.3 轴向速度对比分析48-49
• 6.4 径向速度49-50
• 6.5 湍动能50-52
• 6.6 物性参数对旋流分离器分离性能的影响52-53
• 6.6.1 不同粒径对分离效率的影响52
• 6.6.2 入口速度对旋流分离器性能的影响52-53
• 6.7 本章小结53-54
• 结论54-56
• 参考文献56-59
• 攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文59-60
• 致谢60

【参考文献】

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本文编号：334032