开式空间内旋流发生器流场特性的实验与数值研究

发布时间：2017-08-01 10:03

  本文关键词：开式空间内旋流发生器流场特性的实验与数值研究

  更多相关文章： 粉尘 旋流发生器 流体 旋转射流 数值模拟

【摘要】：在工业生产特别是矿井井下生产过程中,许多过程都需要对粉尘、有害气体等污染物进行控制。通风除尘是消除工业生产过程中产生的污染物的一个重要途径。通风除尘系统中粉尘控制捕集设备的捕集效率直接影响到整个系统的除尘效果。为了提高对粉尘的控制和捕集,近年来有学者提出利用旋转射流作用下的吸气流动来控制工业生产中的污染物,并就这一设想设计了相关设备,在国内外开展了一定的研究。然而,由于旋转射流下吸气流动流场运动复杂,特别是气固多相流场的运动特性并未得到完全的阐释。本文借助流体力学、射流理论及相关理论采用流体仿真计算(CFD)方法对旋流发生器及其作用流场进行了数值模拟,优化了旋流发生器的结构。从气相流场速度分布、压力分布等多个方面对其进行了系统分析,获得如下研究结果。首先对旋流发生器内部流场进行了模拟分析,结果显示从旋流发生器喷口处喷出的旋转射流速率分布不均匀,空间分布也不均匀。然后对气相流场进行了计算,得出作用区域的气相流场的速度与压力分布特性,并且对送风速度,进气管结构和进气口数量以及导流罩等影响因素做了系统分析。建立了旋流发生器的优化结构模型,得出其气相流场的速度与压力分布特性,并得出了不同参数情况下旋流发生器的临界送风量。同时进行了气固两相模拟,通过模拟发现,小的污染物会被旋流发生器捕捉,很少的一部分颗粒从吸气口逃离,大部分比较大的颗粒沉积在车间底部,设计的结构符合实际应用。若旋流发生器进气口太小,容易被卷吸,造成空气的污染,大的进风速度容易造成资源浪费,同时影响了风幕的稳定性。同时喷口的宽度大小对风幕的形成也有一定影响。旋流发生器气相流场为旋转射流下的抽吸流动,旋转射流形成的龙卷风效应使旋转中心形成负压区,形成的风幕能有效的控制污染源。根据模拟结果中的涡流结构自主设计了一种新的旋流发生器,采用实验方法验证了不同吹吸流量比对旋流发生器气相流场的影响以及导流罩对对旋流发生器气相流场的影响。
【关键词】：粉尘 旋流发生器 流体 旋转射流 数值模拟
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD714.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-30
• 1.1 研究背景和意义18-20
• 1.2 国内外研究现状20-27
• 1.3 主要存在的问题27
• 1.4 研究内容及思路27-29
• 1.5 研究工作进展29-30
• 2 旋流发生器理论基础30-40
• 2.1 人造龙卷风理论分析30-32
• 2.2 射流场特性理论分析32-36
• 2.3 旋流发生器内部流场数学模型36-39
• 2.4 本章小结39-40
• 3 旋流发生器及其气相流场数值模拟40-69
• 3.1 简化假设与计算步骤40-41
• 3.2 旋流发生器内部流场模拟41-46
• 3.3 旋流发生器作用区域流场模拟46-52
• 3.4 旋流发生器影响因素研究52-67
• 3.5 本章小结67-69
• 4 旋流发生器结构优化及数值模拟69-91
• 4.1 物理模型69-74
• 4.2 旋流发生器气相流场模拟74-76
• 4.3 旋流发生器临界进风量的确定76-79
• 4.4 旋流发生器不同角度流线对比79-80
• 4.5 旋流发生器气固两相模拟结果80-89
• 4.6 本章小结89-91
• 5 旋流发生器及其作用流场实验研究91-98
• 5.1 实验装置91-93
• 5.2 实验过程93
• 5.3 实验结果及分析93-97
• 5.4 本章小结97-98
• 6 总结98-100
• 6.1 主要结论98-99
• 6.2 创新点99
• 6.3 工作展望99-100
• 参考文献100-105
• 作者简历105-107
• 学位论文数据集107

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本文编号：603662