α型旋风分离器放大效应研究及结构优化
发布时间：2022-02-05 05:45
随着工业装置的大型化,含尘气体处理量也日渐增大,对旋风分离器的处理能力也提出了更高的要求。而旋风分离器由于内外旋涡的相互扰动明显,导致放大效应显著。本文采用数值模拟的方法,对α型旋风分离器内部流场、局部涡及颗粒运动轨迹随直径增大的变化规律进行了研究,并提出了结构改进措施。研究工作为对旋风分离器的工业放大及优化设计提供理论依据。主要研究结论如下:（1）对筒体直径分别为80mm、240mm、320mm、450mm和1000mm的α型旋风分离器进行数值模拟,结果表明,在相同的进口气速条件下,随着直径增大旋风分离器呈现以下变化规律:切向速度逐渐减小,轴向速度分布由倒“V”型变为倒“W”型;锥体段内局部涡流明显增多,最大局部涡的大小由15mm增加到136mm;旋风分离器中心涡核的最大偏离距离由4.27mm增大到48.55mm,且有向排尘口靠近的趋势;排气管底端的“短路流”、排尘口附近的摆尾现象加剧,这都使旋风分离器流场稳定性变差,降低了颗粒的分离效率。（2）随着筒体直径的增大,压降呈增大趋势。对分级效率的数值模拟结果表明:相同粒径颗粒的分离效率随旋风分离器直径增大而降低。旋风分离器的放大效应,对...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缩口式进气管Fig.1-2Retractableinletpipe
直鹞?4o、20o、25o、30o、34o，研究发现：气体处理量相同时，进气口收缩角度越大，切向速度越大，下行流轴向速度越大，压降也逐渐升高，但颗粒分离效率先增大后减小，存在最优的进气口收缩角度为30o。李华标[35]对不同进气口角度的蜗壳式旋风分离器进行数值模拟，进气口角度分别为0o、10o、20o、30o，研究表明：随着进气口角度的增大，切向速度呈增大趋势，顶端滞留层厚度减小到5mm，短路流的流率减小为8.99%；当进气口在20o~30o范围内时，压降骤增，但分离效率增大不明显，所以存在一个最优进气口角度。图1-2缩口式进气管图1-3具有弯曲角度的进气管Fig.1-2RetractableinletpipeFig.1-3InletpipewithcurvedAngle1.4.2排气管结构改进Hesham[36]通过Fluent软件研究发现排气管直径对压降的影响较大，当排气管直径与筒体直径比值为0.3~0.7时，旋风分离器的分离效果最佳。Brar等[37]研究发现排气管直径减小使得旋风分离器的分离效率升高、压降降低。Gao等[38]发现排气管直径的减小使旋风分离器内切向速度减小，但是压降降低。高助威等[8]通过数值模拟研究发现，旋风分离器内涡核的摆动并不是随着排气管直径的增加越来越剧烈，涡核中心的偏心距是先增大后减小最后趋于稳定，所以存在一个合适的排气管直径的值，使得流场更加稳定，有助于分离效率的提高。Zhu等[39]研究了旋风分离器排气管长度对分离性能的影响，发现排气管的长度和插入深度对分离效率都有较大的影响。Farzad等[40]通过研究排气管偏置对旋风分离器分离特性的影响，发现相对于筒体的中心轴线，排气管的偏置会导致压降的增加同时降低分离效率。陈晓波[41]采用RSM模型和DPM模型对不同排气管结构的旋风分离器进行数值模拟，排气管结构分别为圆管型、内缩型和内扩型，研究发现当排气管直径
α型旋风分离器放大效应研究及结构优化14图1-4α型旋风分离器结构示意图Fig.1-4Schematicdiagramofα-typecycloneseparator1.7本文研究目的和内容1.7.1研究目的旋风分离器放大效应显著的问题，使得其对颗粒的分离效果不理想，不能满足当前工业对其性能的要求。α型旋风分离器特殊的螺旋顶盖结构设计，能有效的消除顶部的上灰环，与常规的旋风分离器相比，α型旋风分离器的分离效率明显提高，能更加广泛的应用于各个领域，但在大处理量的工业要求下，仍存在放大效应显著的问题。本文通过数值模拟的方法对α型旋风分离器放大效应进行研究，对旋风分离器放大效应获得更深的认识，并优化设计α型旋风分离器结构，改善放大效应，强化气固分离过程，达到提高大直径旋风分离器分离效率的目的，为旋风分离器的优化设计以及工业应用提供参考。1.7.2研究内容本文运用ANSYSWorkbench、Fluent、SolidWorks、AutoCAD等建模及模拟软件，通过对α型旋风分离器内速度、压力以及颗粒运动轨迹进行研究分析来考察造成旋风分离器放大效应的内在机理，并结合研究结果对旋风分离器进行了结构改进，开发了一种新型旋风分离器。主要研究内容为：(1)研究确定了适合α型旋风分离器数值模拟的湍流模型、离散格式、压力插补格式、压力-速度耦合算法和颗粒相模拟方法，进行模型的可靠性验证，保证数值模拟的正确性以及精确度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳涡内构件对旋风分离器内流场和性能的影响[J]. 沈聪,董振洲,王佳音,杨景轩,郝晓刚. 太原理工大学学报. 2020(01)
[2]一种内置旋流叶片的新型旋风分离器[J]. 杨昌智,彭红,商宇轩,刘倩. 流体机械. 2019(12)
[3]465t/h循环流化床锅炉分离器中心筒改造探究[J]. 黄源珣. 工程建设与设计. 2019(23)
[4]新型高效低阻旋风分离器流场的数值分析[J]. 孙亚权,冯静安,王卫兵,喻俊志. 计算机仿真. 2020(11)
[5]基于多目标优化精馏系统综述[J]. 张莘,高伟,齐鸣,余文浩,王洪海. 化工进展. 2019(11)
[6]入口收缩角度对旋风分离器分离性能的影响[J]. 杜慧娟,王川保,马红和,崔志刚,王晓炜,马素霞. 热力发电. 2019(11)
[7]旋风分离器进气管结构改进的数值模拟研究[J]. 乐敏. 流体机械. 2019(10)
[8]基于Fluent的旋风分离器气固两相流数值模拟[J]. 郝睿源. 新技术新工艺. 2019(10)
[9]圆柱段高度对Stairmand型旋风分离器性能的影响[J]. 陈启东,雷英庶,张斌. 化工机械. 2019(05)
[10]基于CFD的旋风分离器短路流计算方法分析[J]. 满林香. 数字技术与应用. 2019(09)
博士论文
[1]大型CFB锅炉气固流动若干关键性技术研究[D]. 陈继辉.重庆大学 2008
硕士论文
[1]出入口结构及入口气速对旋风分离器内旋流非稳态特性的影响[D]. 董振洲.太原理工大学 2019
[2]基于响应曲面法的旋风分离器结构优化研究[D]. 熊攀.武汉科技大学 2019
[3]基于数值模拟的蜗壳式旋风分离器入口结构优化[D]. 李华标.厦门大学 2018
[4]入口结构及气速对旋风分离器内旋流非稳态特性的影响[D]. 王璐.太原理工大学 2018
[5]基于数值模拟的旋风分离器优化与内部短路流算法研究[D]. 陈晓波.厦门大学 2017
[6]科氏力作用下旋风分离器内颗粒运动规律的研究[D]. 罗骁.兰州理工大学 2017
[7]旋风分离器壁面冲蚀磨损研究及防磨性能优化[D]. 邹康.西南石油大学 2016
[8]旋风分离器颗粒藏量和冲蚀磨损研究[D]. 何兴建.中国石油大学(北京) 2016
本文编号：3614674
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缩口式进气管Fig.1-2Retractableinletpipe
直鹞?4o、20o、25o、30o、34o，研究发现：气体处理量相同时，进气口收缩角度越大，切向速度越大，下行流轴向速度越大，压降也逐渐升高，但颗粒分离效率先增大后减小，存在最优的进气口收缩角度为30o。李华标[35]对不同进气口角度的蜗壳式旋风分离器进行数值模拟，进气口角度分别为0o、10o、20o、30o，研究表明：随着进气口角度的增大，切向速度呈增大趋势，顶端滞留层厚度减小到5mm，短路流的流率减小为8.99%；当进气口在20o~30o范围内时，压降骤增，但分离效率增大不明显，所以存在一个最优进气口角度。图1-2缩口式进气管图1-3具有弯曲角度的进气管Fig.1-2RetractableinletpipeFig.1-3InletpipewithcurvedAngle1.4.2排气管结构改进Hesham[36]通过Fluent软件研究发现排气管直径对压降的影响较大，当排气管直径与筒体直径比值为0.3~0.7时，旋风分离器的分离效果最佳。Brar等[37]研究发现排气管直径减小使得旋风分离器的分离效率升高、压降降低。Gao等[38]发现排气管直径的减小使旋风分离器内切向速度减小，但是压降降低。高助威等[8]通过数值模拟研究发现，旋风分离器内涡核的摆动并不是随着排气管直径的增加越来越剧烈，涡核中心的偏心距是先增大后减小最后趋于稳定，所以存在一个合适的排气管直径的值，使得流场更加稳定，有助于分离效率的提高。Zhu等[39]研究了旋风分离器排气管长度对分离性能的影响，发现排气管的长度和插入深度对分离效率都有较大的影响。Farzad等[40]通过研究排气管偏置对旋风分离器分离特性的影响，发现相对于筒体的中心轴线，排气管的偏置会导致压降的增加同时降低分离效率。陈晓波[41]采用RSM模型和DPM模型对不同排气管结构的旋风分离器进行数值模拟，排气管结构分别为圆管型、内缩型和内扩型，研究发现当排气管直径
α型旋风分离器放大效应研究及结构优化14图1-4α型旋风分离器结构示意图Fig.1-4Schematicdiagramofα-typecycloneseparator1.7本文研究目的和内容1.7.1研究目的旋风分离器放大效应显著的问题，使得其对颗粒的分离效果不理想，不能满足当前工业对其性能的要求。α型旋风分离器特殊的螺旋顶盖结构设计，能有效的消除顶部的上灰环，与常规的旋风分离器相比，α型旋风分离器的分离效率明显提高，能更加广泛的应用于各个领域，但在大处理量的工业要求下，仍存在放大效应显著的问题。本文通过数值模拟的方法对α型旋风分离器放大效应进行研究，对旋风分离器放大效应获得更深的认识，并优化设计α型旋风分离器结构，改善放大效应，强化气固分离过程，达到提高大直径旋风分离器分离效率的目的，为旋风分离器的优化设计以及工业应用提供参考。1.7.2研究内容本文运用ANSYSWorkbench、Fluent、SolidWorks、AutoCAD等建模及模拟软件，通过对α型旋风分离器内速度、压力以及颗粒运动轨迹进行研究分析来考察造成旋风分离器放大效应的内在机理，并结合研究结果对旋风分离器进行了结构改进，开发了一种新型旋风分离器。主要研究内容为：(1)研究确定了适合α型旋风分离器数值模拟的湍流模型、离散格式、压力插补格式、压力-速度耦合算法和颗粒相模拟方法，进行模型的可靠性验证，保证数值模拟的正确性以及精确度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]稳涡内构件对旋风分离器内流场和性能的影响[J]. 沈聪,董振洲,王佳音,杨景轩,郝晓刚. 太原理工大学学报. 2020(01)
[2]一种内置旋流叶片的新型旋风分离器[J]. 杨昌智,彭红,商宇轩,刘倩. 流体机械. 2019(12)
[3]465t/h循环流化床锅炉分离器中心筒改造探究[J]. 黄源珣. 工程建设与设计. 2019(23)
[4]新型高效低阻旋风分离器流场的数值分析[J]. 孙亚权,冯静安,王卫兵,喻俊志. 计算机仿真. 2020(11)
[5]基于多目标优化精馏系统综述[J]. 张莘,高伟,齐鸣,余文浩,王洪海. 化工进展. 2019(11)
[6]入口收缩角度对旋风分离器分离性能的影响[J]. 杜慧娟,王川保,马红和,崔志刚,王晓炜,马素霞. 热力发电. 2019(11)
[7]旋风分离器进气管结构改进的数值模拟研究[J]. 乐敏. 流体机械. 2019(10)
[8]基于Fluent的旋风分离器气固两相流数值模拟[J]. 郝睿源. 新技术新工艺. 2019(10)
[9]圆柱段高度对Stairmand型旋风分离器性能的影响[J]. 陈启东,雷英庶,张斌. 化工机械. 2019(05)
[10]基于CFD的旋风分离器短路流计算方法分析[J]. 满林香. 数字技术与应用. 2019(09)
博士论文
[1]大型CFB锅炉气固流动若干关键性技术研究[D]. 陈继辉.重庆大学 2008
硕士论文
[1]出入口结构及入口气速对旋风分离器内旋流非稳态特性的影响[D]. 董振洲.太原理工大学 2019
[2]基于响应曲面法的旋风分离器结构优化研究[D]. 熊攀.武汉科技大学 2019
[3]基于数值模拟的蜗壳式旋风分离器入口结构优化[D]. 李华标.厦门大学 2018
[4]入口结构及气速对旋风分离器内旋流非稳态特性的影响[D]. 王璐.太原理工大学 2018
[5]基于数值模拟的旋风分离器优化与内部短路流算法研究[D]. 陈晓波.厦门大学 2017
[6]科氏力作用下旋风分离器内颗粒运动规律的研究[D]. 罗骁.兰州理工大学 2017
[7]旋风分离器壁面冲蚀磨损研究及防磨性能优化[D]. 邹康.西南石油大学 2016
[8]旋风分离器颗粒藏量和冲蚀磨损研究[D]. 何兴建.中国石油大学(北京) 2016
本文编号：3614674
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3614674.html
