旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析

摘要

旋风分离器由于其造价低廉、结构简单、分离排尘性能好等特点，目前是治理污染、保护环境的重要设备。由于旋风分离器内部流场的复杂性，为了能对分离器分离机理有更清晰的认识，同时研究相关参数对旋风分离器分离性能的影响，总结设计分离器所需要的完整通用数学模型，为此本文做了以下工作。
　　本文采用计算流体力学CFD(Computational fluid dynamics)方法，借助FLUENT软件对旋风分离器内部气相流、气固两相流进行分析，讨论旋风分离器在不同操作参数和结构参数下，对旋风分离器分离性能的影响。
　　首先，本文对中央供料系统进行三维建模，同时利用3DMAX软件对中央供料系统进行三维动画演示制作，直观的认识中央供料系统原理。
　　其次，针对旋风分离器内部流场特点，本文对常见的数值模拟方法进行总结，分析不同湍流模型优缺点，选用雷偌应力模型（Reynolds stress equation model）RSM湍流模型、采用QUICK差分格式、PRESTO压力插补格式,压力与速度的耦合选用SIMPLEC算法对旋风分离器气相流速度、压力、湍流分布进行分析。通过数值模拟Standard k-?、RNG k-?、Realizable k-?、RSM湍流模型与实验结果进行对比，RSM模型与实验结果接近，验证了算例的正确性。同时模拟发现分离器内部流场是一种双层旋转流动。
　　再次，在气相流的基础上加入颗粒相，采用拉格朗日坐标下的随机轨道模型，对气固两相流使用双向耦合方法，对颗粒轨迹进行追踪。模拟发现分离器内部颗粒轨迹具有较强随机性，小颗粒受湍流影响较大，不易收集。同时发现上灰环、短路流、二次尘源是影响分离器分离效率的主要原因。通过对比不同颗粒入射位置，发现颗粒从进气管右下角入射有较好分离效果。
　　最后，分别考察颗粒粒径、颗粒浓度、入口速度操作参数，结构参数排气管插入比k、分离器外形尺寸比e对旋风分离器分离性能的影响。模拟发现插入比k增加，分离器分离效率增大,外形尺寸比e为0.6时,分离效率较好。针对模拟结果提出分离器改进方案，对比发现，改进后分离器分离性能得到改善。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2旋风分离器发展概述

1.3 流场研究方法

1.4旋风分离器国内外研究进展和现状

1.5课题研究目的和内容

第二章 旋风分离器数值模拟方法及性能指标

2.1 求解软件介绍

2.2 旋风分离器气相流数值模拟方法

2.3旋风分离器性能参数

2.4 本章小结

第三章 旋风分离器气相流场数值模拟分析

3.1汕头信一塑机公司中央供料系统

3.2旋风分离器物理模型的建立

3.3网格生成

3.4模型求解参数的设置

3.5数值模拟结果与实验对比

3.6 旋风分离器气相流速度场分析

3.7流场湍流分析

本章小结

第四章 旋风分离器气固两相流及分离性能数值模拟分析

4.1 颗粒相的数值模型方法

4.2离散相边界条件

4.3单颗粒轨迹分析

4.4颗粒组轨迹分析

4.5入射位置对分离效率的影响

4.6本章小结

第五章 相关参数对旋风分离器分离性能的影响

5.1 操作参数对旋风分离器性能的影响

5.2 结构参数对旋风分离器性能影响

5.3旋风分离器结构改进性能对比

本章总结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的工作成果

个人简历