旋风分离器内短路流的流动特征与形成机理研究
发布时间：2021-08-26 12:37
旋风分离器是广泛应用于工业气（液）固分离领域的重要设备之一。虽然旋风分离器的工作原理简单,但其内部流动却极为复杂,流场中除主要涡旋外,还存在着若干次级流动,其中尤以短路流对分离性能影响最大。短路流存在于旋风分离器的溢流管末端附近,其较高的向心速度会使得旋风分离器内的一部分气流未通过下部的分离空间而直接进入溢流管,然后上升气流会携带这些气流进溢流管排出,离开旋风分离器。理论上,短路流能够导致至少百分之十的入口气流沿旋风分离器内溢流管外侧向下流动后,直接从溢流管中逃逸,这不仅会降低旋风分离器的分离效率,还会造成不必要的能量耗散,致使工业成本升高。为了进一步提高旋风分离器的工业性能,需要透彻研究短路流形成机理与特征。关于短路流的产生,绝大多数学者认为是普通旋风分离器入口不对称造成的。单入口构型使得旋风分离器内环形空间的流场呈现非轴对称性,溢流管下端的径向速度略大于同一截面的其余位置,导致经由此处的气流易于从溢流管逸出,形成短路现象（非对称假说）。然而,也有学者认为旋风分离器入口气流汇入主流之前会和分离器内部的旋转流发生碰撞。这种碰撞不可避免地会在筒壁附近产生局部涡流,最终导致短路流的发生（碰...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
018年338个城市六种污染物的浓度区间与占比[4]
兰州大学博士学位论文旋风分离器内短路流的流动特征与形成机理研究5现象[47,48]。从这些旋风分离器的研究中得以获知：首先，在旋风分离器内部旋流的运动过程中，主要存在气体向下运动的外涡旋与气体向上运动的内涡旋（图1-2a），以及一些干扰到旋风分离器性能的次级流动。这些次级流动主要包括环形空间的纵向环流、溢流管下端附近的短路流以及锥体下部排尘口附近的偏心环流三类（图1-2b）；其次，短路流不仅会导致旋风分离器内部主涡旋紊乱，内部阻力损耗增大，也会导致已分离的颗粒再次进入内涡旋从而从溢流管逃逸，严重影响旋风分离器的气固分离过程；再次，深入研究旋风分离器内部流场特征，特别是探究影响到旋风分离器性能的短路流，对推进旋风分离器对超微粉尘颗粒的捕集、分离有所增益；最后，旋风分离器目前的热点研究多集中为优化构型的平铺式研究，很少有从机理上深掘旋风分离器的流场规律以及颗粒行为之间的关系。因此，本论文拟通过阐明旋风分离器内短路流的流动特征与形成机理，并对旋风分离器的构型进行改良，从而削减或破坏短路流，以提高其分离性能，减少细颗粒物的排放，为旋风分离器的流场研究提供理论基矗（a）旋风分离器的主要涡旋运动示意（b）旋风分离器的次级流动示意图1-2旋风分离器内主要涡旋和次级流动Figure1-2Mainvortexandsecondaryflowinthecycloneseparator.1.2研究目的与意义虽然旋风分离器的构造和工作原理相对简单，但其内部流场却呈现复杂且高度湍流的状态。在旋风分离器内部旋流的运动过程中，主要存在气体向下运动的
兰州大学博士学位论文旋风分离器内短路流的流动特征与形成机理研究8图1-3论文研究路线图Figure1-3Researchoutline.1.5论文提纲根据本论文的研究内容，主要章节安排如下：（1）第一章——绪论。概述了本文的研究背景、意义、研究内容和研究路线，点明了论文的主旨。（2）第二章——文献综述。概括总结旋风分离器内短路流的研究进展，主
【参考文献】：
期刊论文
[1]蜗壳式旋风分离器三维气相流场的数值研究[J]. 田伟,阎富生,杜圣飞. 冶金能源. 2018(05)
[2]翼翅形溢流管旋流器分离性能研究[J]. 刘培坤,许慧林,张悦刊,杨兴华,姜兰越. 轻金属. 2018(09)
[3]旋风分离器入口形式对内流场非稳态特性的影响[J]. 王璐,张兴芳,董振洲,赵忠凯,杨景轩,郝晓刚. 化工学报. 2018(08)
[4]蜗壳式旋风分离器内部流场空间的涡分析[J]. 高助威,王江云,王娟,毛羽,魏耀东. 化工学报. 2017(08)
[5]基于OpenFOAM模拟二次风对旋风分离器性能的影响[J]. 疏志勇,钱付平,郭旺. 过程工程学报. 2017(02)
[6]排气管直径对旋分器非轴对称旋转流场的影响[J]. 孟文,王江云,毛羽,张果,王娟. 石油学报(石油加工). 2015(06)
[7]旋风分离器内非轴对称旋转流场的测量[J]. 王江云,毛羽,孟文,张果,王娟. 石油学报(石油加工). 2015(04)
[8]结构参数和操作参数对旋风分离器性能的影响[J]. 董敏,刘淑良,杨洪征. 选煤技术. 2013(06)
[9]熵产方法在旋风分离器内部能耗分析中的应用[J]. 段璐,吴小林,姬忠礼. 化工学报. 2014(02)
[10]一种新型旁路式直流旋风分离器的性能研究[J]. 付晓庆,孙国刚,戚金洲,孙帅. 化工装备技术. 2013(01)
博士论文
[1]不同排尘结构及操作条件旋风分离器分离特性的研究[D]. 钱付平.东南大学 2006
[2]旋风分离器中气—固两相流数值计算与实验研究[D]. 王海刚.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2003
硕士论文
[1]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
[2]十字形溢流管对旋风分离器性能影响的实验及数值研究[D]. 裴斌斌.兰州大学 2017
[3]旋风分离器内气固两相流数值模拟与稳定性研究[D]. 刘琳.浙江理工大学 2016
[4]旋风分离器内置涡核破碎翼的实验及数值研究[D]. 刘鹤.兰州大学 2015
[5]旋风分离器内气固两相流的实验与数值研究[D]. 蒋梦婷.兰州大学 2013
[6]轴入式旋风分离器气粒分离特性的数值模拟与试验[D]. 朱少林.湖南大学 2009
[7]带新风流的旋风除尘器性能的研究[D]. 封跃鹏.江南大学 2008
[8]直切双入口型旋风分离器气相流场的数值模拟[D]. 张渝.重庆大学 2007
[9]旋风分离器内气固两相运动的数值仿真研究[D]. 王博.西安建筑科技大学 2003
本文编号：3364254
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
018年338个城市六种污染物的浓度区间与占比[4]
兰州大学博士学位论文旋风分离器内短路流的流动特征与形成机理研究5现象[47,48]。从这些旋风分离器的研究中得以获知：首先，在旋风分离器内部旋流的运动过程中，主要存在气体向下运动的外涡旋与气体向上运动的内涡旋（图1-2a），以及一些干扰到旋风分离器性能的次级流动。这些次级流动主要包括环形空间的纵向环流、溢流管下端附近的短路流以及锥体下部排尘口附近的偏心环流三类（图1-2b）；其次，短路流不仅会导致旋风分离器内部主涡旋紊乱，内部阻力损耗增大，也会导致已分离的颗粒再次进入内涡旋从而从溢流管逃逸，严重影响旋风分离器的气固分离过程；再次，深入研究旋风分离器内部流场特征，特别是探究影响到旋风分离器性能的短路流，对推进旋风分离器对超微粉尘颗粒的捕集、分离有所增益；最后，旋风分离器目前的热点研究多集中为优化构型的平铺式研究，很少有从机理上深掘旋风分离器的流场规律以及颗粒行为之间的关系。因此，本论文拟通过阐明旋风分离器内短路流的流动特征与形成机理，并对旋风分离器的构型进行改良，从而削减或破坏短路流，以提高其分离性能，减少细颗粒物的排放，为旋风分离器的流场研究提供理论基矗（a）旋风分离器的主要涡旋运动示意（b）旋风分离器的次级流动示意图1-2旋风分离器内主要涡旋和次级流动Figure1-2Mainvortexandsecondaryflowinthecycloneseparator.1.2研究目的与意义虽然旋风分离器的构造和工作原理相对简单，但其内部流场却呈现复杂且高度湍流的状态。在旋风分离器内部旋流的运动过程中，主要存在气体向下运动的
兰州大学博士学位论文旋风分离器内短路流的流动特征与形成机理研究8图1-3论文研究路线图Figure1-3Researchoutline.1.5论文提纲根据本论文的研究内容，主要章节安排如下：（1）第一章——绪论。概述了本文的研究背景、意义、研究内容和研究路线，点明了论文的主旨。（2）第二章——文献综述。概括总结旋风分离器内短路流的研究进展，主
【参考文献】：
期刊论文
[1]蜗壳式旋风分离器三维气相流场的数值研究[J]. 田伟,阎富生,杜圣飞. 冶金能源. 2018(05)
[2]翼翅形溢流管旋流器分离性能研究[J]. 刘培坤,许慧林,张悦刊,杨兴华,姜兰越. 轻金属. 2018(09)
[3]旋风分离器入口形式对内流场非稳态特性的影响[J]. 王璐,张兴芳,董振洲,赵忠凯,杨景轩,郝晓刚. 化工学报. 2018(08)
[4]蜗壳式旋风分离器内部流场空间的涡分析[J]. 高助威,王江云,王娟,毛羽,魏耀东. 化工学报. 2017(08)
[5]基于OpenFOAM模拟二次风对旋风分离器性能的影响[J]. 疏志勇,钱付平,郭旺. 过程工程学报. 2017(02)
[6]排气管直径对旋分器非轴对称旋转流场的影响[J]. 孟文,王江云,毛羽,张果,王娟. 石油学报(石油加工). 2015(06)
[7]旋风分离器内非轴对称旋转流场的测量[J]. 王江云,毛羽,孟文,张果,王娟. 石油学报(石油加工). 2015(04)
[8]结构参数和操作参数对旋风分离器性能的影响[J]. 董敏,刘淑良,杨洪征. 选煤技术. 2013(06)
[9]熵产方法在旋风分离器内部能耗分析中的应用[J]. 段璐,吴小林,姬忠礼. 化工学报. 2014(02)
[10]一种新型旁路式直流旋风分离器的性能研究[J]. 付晓庆,孙国刚,戚金洲,孙帅. 化工装备技术. 2013(01)
博士论文
[1]不同排尘结构及操作条件旋风分离器分离特性的研究[D]. 钱付平.东南大学 2006
[2]旋风分离器中气—固两相流数值计算与实验研究[D]. 王海刚.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2003
硕士论文
[1]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
[2]十字形溢流管对旋风分离器性能影响的实验及数值研究[D]. 裴斌斌.兰州大学 2017
[3]旋风分离器内气固两相流数值模拟与稳定性研究[D]. 刘琳.浙江理工大学 2016
[4]旋风分离器内置涡核破碎翼的实验及数值研究[D]. 刘鹤.兰州大学 2015
[5]旋风分离器内气固两相流的实验与数值研究[D]. 蒋梦婷.兰州大学 2013
[6]轴入式旋风分离器气粒分离特性的数值模拟与试验[D]. 朱少林.湖南大学 2009
[7]带新风流的旋风除尘器性能的研究[D]. 封跃鹏.江南大学 2008
[8]直切双入口型旋风分离器气相流场的数值模拟[D]. 张渝.重庆大学 2007
[9]旋风分离器内气固两相运动的数值仿真研究[D]. 王博.西安建筑科技大学 2003
本文编号：3364254
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