多管旋风分离器分离性能研究及导向叶片优化设计

发布时间：2018-04-10 14:37

  本文选题：旋风分离器 + 操作条件　； 参考：《西南石油大学》2016年硕士论文

【摘要】：多管旋风分离器是一种气固分离设备,因结构简单、分离效率高等优点被广泛用于输气站场天然气净化处理工艺过程中。其核心分离元件是导叶式旋风管,待处理气体沿轴向进入旋风管后,在叶片的导向作用下将流体的轴向运动转换为切向运动,利用气固两相的密度差完成气固分离。输气站场主要使用的多管旋风分离器一般由筒体直径为50～150 mm的多个单管导叶式旋风子并联组成,与切向入口式结构相比,具有占地面积小、处理气量大等优点。目前输气站场用多管旋风分离器的除尘效果并不十分理想,一方面由于大量颗粒堆积在分离器内,在清管过程中可能造成堵塞；另一方面分离效率偏低,造成过滤分离器负荷大,滤芯更换频繁,运行成本高,同时还可能造成下游调压、计量设备失效,运行寿命减短。随着社会对节能减排要求的不断提高,不仅需要旋风分离器有较高的分离效率,还要求较低的压降。因此,本文利用数值模拟与理论分析相结合的方法,以计算流体力学、多相流为理论依据,对多管旋风分离器的内部流场进行仿真分析,并研究了不同操作条件对分离性能的影响规律。同时,对旋风子的导向叶片结构进行了优化。该研究结果可为多管旋风分离器的现场操作提供理论指导,具体研究内容如下：首先,基于纳维尔-斯托克斯方程和连续性方程,采用RNG k-ε湍流模型,运用有限体积法,模拟、分析多管旋风分离器内部的气相流场,得到气相流场的流动规律。改变流体入口速度,研究其对各单管旋风子进气均匀性的影响。随后加入DPM离散相模型模拟两相分离过程,并计算得到多管旋风分离器的粒级分离效率和压降。同时,研究不同流体入口速度、颗粒直径、颗粒密度、操作压力和颗粒浓度下多管旋风分离器的分离效率和压降的变化规律,为现场操作提供理论指导。然后,利用单一变量法,按照同样的操作条件,对单管旋风子导向叶片的数量、厚度、叶片入口和流体入口截面距离、叶片出口角度、叶片包弧长和叶片高度六个参数进行分析,得到分离效率和压降随各参数变化的规律及相应方程。另外,还对三种不同导向叶片形状(楔形、弧形和梭形)旋风管的分离效率和压降进行了分析。通过这些研究,为单管旋风子的优化设计奠定基础。最后,基于RSM曲面响应法和数值计算相结合的方法对导向叶片进行优化设计。建立以分离效率最大和压降最小为目标函数,以导向叶片的叶片数量、叶片厚度、叶片包弧长和叶片高度为设计变量的优化数学模型。通过对分离效率和压降的二次响应曲面的回归分析,得到单管旋风子导向叶片结构的响应面模型,进一步进行最优控制参数的求解,从而得到导向叶片的优化模型。利用实验室实验的方法,测量单管旋风子的粒级效率和压降,并与数值模拟方法进行对比,模拟结果和实验结果的符合度应较好。本论文基于计算流体力学软件Fluent,详细研究了输气战场用多管旋风分离器的分离性能,对现场操作具有指导意义。另外,结合RSM曲面响应法的导向叶片的优化设计,为提高旋风管的分离性能提供参考。
[Abstract]:The invention relates to a multi - tube cyclone separator , which is a gas - solid separation device , and has the advantages of simple structure , high separation efficiency and the like , and is widely used in the process of natural gas purification treatment of gas transmission stations .
On the other hand , the separation efficiency and pressure drop of multi - tube cyclone separator are analyzed by means of numerical simulation and theoretical analysis . In this paper , the response surface model of a single tube cyclone guide vane structure is obtained through regression analysis of the secondary response surface of the separation efficiency and the pressure drop , and the optimization model of the guide vane is obtained . Based on the computational fluid mechanics software FLUENT , the separation performance of the multi - tube cyclone separator for the gas transmission battlefield is measured in detail , and the optimization model of the guide vane is obtained . In addition , the optimization design of the guide vane combined with RSM curved surface response method is used to provide reference for improving the separation performance of the cyclone tube .

【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE96

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 魏耀东,刘仁桓,燕辉,时铭显;蜗壳式旋风分离器的磨损实验和分析[J];化工机械;2001年02期

2 程丽华,梁朝林;改进型旋风分离器的新应用[J];石油化工高等学校学报;2001年03期

3 张长森;“导流口可调式双出风口旋风分离器”产品通过鉴定[J];水泥工程;2002年01期

4 梁朝林;旋风分离器结构改进的研究[J];炼油设计;2002年09期

5 蔡安江;旋风分离器设计计算的研究[J];化工矿物与加工;2003年08期

6 张百麟;旋风分离器的设计技巧[J];石化技术;2003年02期

7 李文东,王连泽;旋风分离器内流场的数值模拟及方法分析[J];环境工程;2004年02期

8 刘建平,陈旭;高效旋风分离器的设计[J];化工设计通讯;2004年04期

9 魏耀东,时铭显;流化床旋风分离器系统优化设计与应用中的几个问题[J];炼油技术与工程;2004年11期

10 魏新利,张海红,王定标;旋风分离器流场的数值计算方法研究[J];郑州大学学报(工学版);2005年01期

相关会议论文 前10条

1 谢秀英;张仲欣;殷勇;白崇仁;;旋风分离器的分离原理及设计方法[A];中国机械工程学会包装与食品工程分会第四届学术年会论文集[C];1995年

2 崔洁;陈雪莉;李昌剑;龚欣;王辅臣;;径向入口旋风分离器内颗粒持料量研究[A];上海市化学化工学会2010年度学术年会论文集[C];2010年

3 付双成;孙国刚;高翠芝;郭广军;;防返混锥位置对旋风分离器影响的数值模拟及试验研究[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集（下）[C];2008年

4 高翠芝;孙国刚;马强;张娜娜;钱步仁;;入口浓度对旋风分离器性能影响的试验研究[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集（下）[C];2008年

5 董瑞倩;孙国刚;高翠芝;;压力对旋风分离器性能影响的试验研究[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年

6 马盛军;靳丙秋;鞠学贞;张文丰;石永军;;旋风分离器的技术改造[A];浙江省化工学会成立五十周年庆祝大会暨第二届省（市）际化学化工科技发展研讨会论文集[C];2001年

7 李双权;孙国刚;时铭显;;排气管偏置对PV型旋风分离器效率及压降的影响[A];第七届全国颗粒制备与处理学术暨应用研讨会论文集[C];2004年

8 严超宇;吴小林;卢春喜;高金森;时铭显;;旋风分离器内涡核非稳态特性的流体动力学分析[A];第九届全国化学工艺学术年会论文集[C];2005年

9 刘成文;王连泽;;旋风分离器内能量耗损机理研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

10 陈建义;时铭显;;旋风分离器压降计算模型[A];中国颗粒学会2006年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前3条

1 谢文艳邋闫华 白争鸣;三级旋风分离器技术达国际先进[N];中国化工报;2008年

2 谢文艳 闫华 白争鸣;高效能设备达国际先进水平[N];中国职工科技报;2008年

3 记者 谢文艳邋通讯员 阎华 白争鸣;大庆石化机械厂研发成功高效能设备[N];中国石油报;2008年

相关博士学位论文 前9条

1 吴学智;入口高浓度条件下的旋风分离器对比研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2011年

2 赵新学;气固两相流对旋风分离器壁面磨损机理的研究[D];中国石油大学;2010年

3 栾一刚;轴流旋风分离器数值模拟与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

4 张吉光;静电旋风分离器气相流场的数值模拟及实验研究[D];东华大学;2005年

5 钱付平;不同排尘结构及操作条件旋风分离器分离特性的研究[D];东南大学;2006年

6 王海刚;旋风分离器中气—固两相流数值计算与实验研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2003年

7 M'BOUANA Noé-Landry-Privace;高浓度旋风分离器气固流动与分离特性的数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2014年

8 崔洁;分级式合成气初步净化系统中旋风分离器的分离机理与结构特性研究[D];华东理工大学;2011年

9 朱治平;加压循环流化床的实验与模型研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 廖磊;六个旋风分离器并联布置循环流化床的实验研究和数值模拟[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2011年

2 李昌剑;分级式合成气初步净化系统中旋风分离器的结构优化[D];华东理工大学;2012年

3 夏欣;一种中低温煤干馏工艺及设备结构的研究[D];天华化工机械及自动化研究设计院有限公司;2015年

4 于洲;气固两相动态旋风分离的试验研究[D];山东大学;2015年

5 刘鹤;旋风分离器内置涡核破碎翼的实验及数值研究[D];兰州大学;2015年

6 唐守强;基于CFD的旋风分离器性能参数影响研究[D];山东理工大学;2015年

7 吴凯;强旋气固流场的湍流特性、稳流与整流[D];青岛科技大学;2015年

8 吴灵辉;折角入口、圆台出口和直筒型旋风分离器的性能研究[D];浙江大学;2016年

9 刘琳;旋风分离器内气固两相流数值模拟与稳定性研究[D];浙江理工大学;2016年

10 管西旗;导叶式多管旋风分离器的数值模拟研究[D];西南石油大学;2014年

，

本文编号：1731616