不同入口形式的循环流化床旋风分离器数值模拟研究

摘要

生物质作为很重要的可再生能源,已经被许多国家研究利用,生物质气化技术在国内外也得到了广泛应用。本文综述了国内外先进生物质气化设备的典型结构及研究进展,并对各类生物质气化炉的特点做出了分析和讨论,同时对固定床和流化床进行了对比。通过对固定床和不同形式流化床的比较可以看出,各有其优缺点,在相比较下,流化床比固定床,鼓泡流化床更适合生物质气化。其中循环流化床装置更是被广泛应用于工业和商业中。
　　循环流化床装置除了气化炉外,旋风分离器和返料器也是循环流化床的两个重要装置。本文应用流体体积模型(VOF),采用Gidaspow相间动量交换模型对不同入口形式旋风分离器进行了模拟计算。
　　对垂直和倾角为300的单入口旋风分离器进行气固两相数值模拟,模拟中得到三维速度云图,结果表明：刚到达旋风分离器圆筒内的切向速度约为入口的1.5~2.0倍,飞灰出口附近出现摆尾和涡核偏心现象,且在飞灰出口和中心轴位置存在着局部二次涡流,改为倾斜角为300后局部二次涡流明显减少。径向速度不是一个对称的圆柱体,在强制涡区域偏心,呈现一边为正,一边为负的现象。得到的压力云图可以看到：外旋流静压较高,内旋流静压较低,整个分离器轴线处的静压最低,且一直延伸到飞灰出口,因此旋风分离器容易出现返混现象。动压在强制涡和准自由涡的分界面CS处最大。
　　对垂直和倾角为450的双入口旋风分离器进行气固两相数值模拟,双口旋风分离器切向速度、轴向速度、径向速度都具有更好的对称性,改善了摆尾、涡核偏心和局部二次流等现象。径向速度具有良好的对称性,在轴中心处呈现柱状结构。垂直和倾角为300单入口旋风分离器、垂直和倾角为450的双入口旋风分离器的总压分别为3470Pa、3270Pa、2720Pa、2570Pa,结果表明：双进口旋风分离器的压降远小于单进口形式,减小了风机的负载。

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符号说明

第一章 绪论

§1-1 引言

§1-2国内外生物质气化设备研究进展

§1-3 旋风分离器生物质循环流化床中的重要作用

§1-4 旋风分离器的工作原理

§1-5 旋风分离器的发展状况

§1-6 本文研究内容

第二章 计算流体模型的分析与应用

§2-1 计算流体力学简介

§2-2 数值模拟中的离散方法

§2-3 气固两相流模型

§2-4 湍流模型

§2-5 本章小结

第三章 循环流化床旋风分离器不同入口角度数值模拟研究

§3-1 循环流化床旋风分离器的网格划分

§3-2 循环流化床旋风分离器的计算模型

§3-3 不同入口形式旋风分离器速度及压力分布

§3-4 本章小结

第四章 双进口循环流化床旋风分离器气固两相数值模拟

§4-1 双进口循环流化床旋风分离器网格划分

§4-2 双进口循环流化床旋风分离器计算模型

§4-3 计算结果分析及讨论

§4-4 本章小结

第五章 结论与展望

§5-1 结论

§5-2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关成果