焊接烟气水浴净化过程气液两相流流动特性研究

摘要

水浴除尘具有效率高、造价低、低能耗等一系列优点，被广泛应用。焊接作业时产生大量有害衍生物质，严重影响了焊接作业人员的身体健康和污染了环境。在焊接烟气净化除尘领域，水浴法净化是全新的技术。根据实际情况，搭建和设计净化装置，并对其涉及到的除尘机理及多相流动展开讨论。
　　本文利用ICEM软件对物理模型进行网格划分，基于FLUENT软件，采用体积模型(VOF)，利用RNGκ-ε湍流模型对净化装置内部流场进行数值模拟，得出了压力与湍动能、速度场、气相浓度分布的规律，结果表明:装置内部压力分布在纵向呈层状分布形成压力梯度，焊接烟气水浴过程中，压力分布横向波动较大，进气管周围压力变化明显大于壁面附近的压力变化;进气管附近湍动能较大，气相与液相发生剧烈的能量交换，随着气泡上浮，湍动能逐渐减弱;最大气速分布在进气管附近，气相和液相流速分布不均匀，形成杂乱无章的紊流;气泡受到浮力和逆压力梯度的作用沿进气管上升，造成进气管附近的气含率比装置壁面附近的气含率高。在改变操作参数情况下，气速越大，出现气带液的现象严重;气速增大气泡破碎加剧，气含率随之增大;随着入口气速的增加，升流区最大气速分布开始向进气管两侧偏移，壁面两侧呈现较低的态势。
　　通过设计优化水浴系统结构分别安装引流管和隔板来研究对净化装置内部的气液两相流的影响。结果表明:引流管长度尺寸在0.06m～0.09m的范围内为最优，具有引导气体向除尘中心扩散，同时在这范围内形成了双循环流具有很好的带动液相流动;孔径为0.01m的隔板对气体的重新整流和破碎气泡的效果最优;隔板间距为0.12m时，两隔板间距内气含率分布均匀;5级隔板使气含率维持在一定的值，同时使气体在装置停留的时间更长，增加气液接触的时间，使气液在径向混合均匀。最后，通过实验进行了模拟仿真的验证，以摄像机拍摄法，对焊接烟气水浴过程进行验证，实验结果与仿真结果得出结论一致，研究结果对焊接烟气净化装置设计具有指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外相关技术研究现状

1．2．1 焊接烟气处理方法研究现状

1．2．2 多相流模拟研究现状

1．2．3 多相流的实验测量方法的研究现状

1．3 主要研究内容

第2章 焊接烟气水浴净化机理及数值模拟基础

2．1 引言

2．2 焊接烟气水浴净化机理

2．3 CFD概况与Fluent介绍

2．4 焊接烟气水浴净化气液两相流动方程

2．4．1 焊接烟气水浴净化气液两相流动瞬时控制方程

2．4．2 焊接烟气水浴净化气液两相流动时均参数

2．5 焊接烟气水浴净化数学模型

2．5．1 多相流模型

2．5．2 湍流模型

2．6 气液相间作用力关系

2．6．1 气液交界面边界条件分析

2．6．2 曳力

2．6．3 升力

2．7 本章小结

第3章 焊接烟气水浴净化系统及气液交互过程的仿真分析

3．1 引言

3．2 焊接烟气水浴净化器系统组成

3．3 焊接烟气水浴净化装置模型构建与参数设置

3．3．1 水浴装置模型的建立与网格的划分

3．3．2 初始条件与边界条件

3．4 焊接烟气水浴净化气液两相流流场数值模拟

3．4．1 压力与湍动能模拟分析

3．4．2 速度场模拟分析

3．4．3 气相浓度模拟分析

3．5 不同气速下流场数值模拟

3．5．1 入口气速对液面波动的影响

3．5．2 入口气速对气相浓度的影响

3．5．3 入口气速对速度场的影响

3．6 本章小结

第4章 焊接烟气净化装置水浴系统设计及结构优化

4．1 引言

4．2 安装引流管对流场影响

4．2．1 引流管长度确定

4．2．2 物理模型及网格的划分

4．2．3 引流管长度对气相浓度的影响

4．2．4 引流管长度对速度场的影响

4．3 安装隔板对流场的影响

4．3．1 物理模型及网格的划分

4．3．2 隔板孔径对流场影响

4．3．3 隔板间距对流场影响

4．3．4 隔板数量对流场影响

4．4 本章小节

5．1 引言

5．2 实验设备

5．3 实验测量方法及结果分析

5．3．1 实验方法

5．3．2 结果分析

5．4 本章小节

结论

参考文献

攻读学位期间的学术成果

致谢