螺旋片导流式分离器气液两相流的数值模拟与试验研究

摘要

本文应用CFD模拟和试验研究了螺旋片导流式气液分离器内的气液两相流,其主要的研究工作及得出的结论如下:(1)对螺旋片导流式气液分离器的应用、气液两相流模拟、液滴碰撞团聚和数值模拟的研究进展进行了评述,并提出了本文的研究目的和内容.(2)应用计算流体动力学软件FLUENT对螺旋结构内气体单相湍流流场进行了数值模拟,得到了螺旋结构流体的流动场分布状况.通过不同结构参数模型压力场等值线图的比较分析,得到了结构参数(例如螺旋个数、螺距等)对通过螺旋结构的压力损失的影响关系,为全面了解和认识螺旋结构内流体流动状况,合理设计螺旋片导流式分离器的螺旋结构提供了依据.(3)在湍流两相流理论分析的基础上,考虑气液两相流中液体颗粒运动的随机性特点,对颗粒相采用随机轨道模型,应用FLUENT研究了螺旋片导流式气液分离器结构参数(如螺旋个数、螺距等)的变化对分离器内气液两相流动的影响关系,得到了分离器内流体的流动场分布状况及分离效率特性,并以线图显示液体颗粒运动的轨迹.计算结果表明,应用CFD方法可以全面地显示并了解了两相流场的流动状况,是优化分离器结构、提高分离器分离性能的有效手段和工具.(4)搭建了螺旋片导流式分离器流动场测量的实验装置,并用计算机对实验系统的压力损失和分离液体量进行数据采集.实验结果表明:实验结果与用FLUENT对流场的数值模拟结果稍有差异,但趋势相同,应用该模拟方法对复杂流场进行计算是可行的.(5)通过理论分析推导出了螺旋结构压力损失的计算表达式,利用数值模拟数据回归分析来确定未知变量的系数,得到了螺旋结构压力损失的定量计算表达式.(6)探讨了螺旋片导流式气液分离器的工程简化设计方法及应用问题,根据螺旋结构的特点和流动特性,提出了进行几何结构设计的简化计算方法,为螺旋片导流式气液分离器的优化设计提供可靠的基础.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2螺旋片导流式汽液分离器的研究应用进展

1.2.1汽液两相流模拟的研究进展

1.2.2液滴碰撞团聚的研究进展

1.3数值模拟的发展

1.4本文的主要研究内容

参考文献

第二章气体单相流场的数值模拟

2.1引言

2.2粘性流体力学基本方程

2.3数学模型的选取

2.4螺旋结构单相流场的数值模拟

2.4.1几何模型

2.4.2物理模型

2.4.3基本方程

2.4.4 RSM湍流模型

2.5数值模拟结果分析

2.6小结

参考文献

第三章气液两相流场的数值模拟

3.1引言

3.2气液两相流计算模型

3.2.1连续介质模型

3.2.2随机轨道模型

3.2.3连续介质-轨道模型

3.2.4双流体模型

3.3气液两相流动特性

3.4螺旋片导流式分离器内气液两相流场的数值模拟

3.4.1几何模型

3.4.2物理模型

3.4.3基本守恒方程

3.4.4随机轨道模型

3.4.5数值求解方法

3.4.6数值模拟结果及分析

3.5小结

参考文献

第四章螺旋片导流式气液分离器的流体力学试验研究

4.1引言

4.2试验方案

4.3试验装置

4.3.1螺旋片导流式气液分离器的试验模型

4.3.2试验装置及仪器

4.4试验测量及数据处理

4.4.1 试验测量

4.4.2压力降分析

4.4.3分离效率分析

4.5试验与数值模拟的结果比较

4.6小结

参考文献

第五章工程简化设计方法及应用

5.1引言

5.2螺旋结构阻力损失

5.2.1阻力损失的理论推导

5.2.2阻力系数表达式的确定

5.3工程简化设计方法

5.4工程应用实例

5.5 小结

参考文献

第六章总结与展望

6.1木文主要工作总结

6.2论文工作创新之处

6.3后期工作展望

附录

致谢

在读期间发表的论文、获得的奖励及参加的项目