CFDFGD旋风分离器的数值模拟研究

摘要

旋风分离器分离技术是以气固两相流为基础，在离心力的作用下颗粒被甩向分离器的边壁从而颗粒被分离的一种技术。旋风分离器是循环流化床烟气脱硫装置(CFDFGD)内的一个重要的分离设备，在循环流化床内具有重要的地位，它的分离效率直接影响到循环流化床的脱硫效率，因此提高旋风分离器的分离效率，研究合理的结构参数和操作参数是优化循环流化床的重要内容。 本文在进行旋风分离器分离机理研究的基础上，总结了前人研究的成果，建立了一套完整的旋风分离模型。研究方法利用计算流体力学(CFD)软件，进行几何模型的构造和网格的划分，对旋风分离器进行结构和操作过程的数值模拟计算。通过模拟计算得到最适合的参数进行优化选择，从而为指导下一步工业性试验奠定了基础。 模拟中采用欧拉多组分颗粒反应模型，首先对其结构参数进行了模拟比较——入口形式、气体出口形式、颗粒出口等，并得出结论进行几何模型的优化设计；其次利用优化后的结构参数对旋风分离器进行了数值模拟，得出速度场分布规律和内部组分分布规律等；再则又利用优化后的数学模型对其操作参数进行了模拟比较，得出影响旋风分离器分离效率的操作参数——入口速度、入口颗粒直径、入口颗粒浓度等，并得出这些影响因素对旋风分离器的影响规律。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1课题背景

1.2二氧化硫(SO2)污染的危害及其限制措施

1.3燃煤电厂脱硫技术综述

1.4循环流化床烟气脱硫技术的概况

1.5脱硫装置中的分离器概述[22-26]

1.6旋风分离器的研究进展以及发展趋势

1.7本文研究目的与主要工作内容

第2章旋风分离器的机理研究及模型选择

2.1旋风分离器的工作原理[27][38][39]

2.1.1旋风分离过程

2.1.2分离器工作原理

2.2旋风分离器气固分离机理及分离效率计算[39]

2.2.1转圈理论模型

2.2.2平衡轨道理论(称筛分理论)

2.2.3边界层分离理论

2.2.4旋风分离器总分离效率

2.3旋风分离器内气相流动特性[39][40]

2.3.1切向速度u

2.3.2径向速度v

2.3.3轴向速度

2.3.4边界层内的速度分布

2.3.5气流脉动

2.3.6局部二次流

2.4旋风分离器流场计算中的湍流模型及选择[23][24][38][41-45]

2.4.1标准k-ε模型

2.4.2 RNG k-ε模型

2.4.3 RSM模型

2.4.4代数应力模型(ASM)

2.5气固两相流模型及选择[22][23][40]

2.5.1欧拉方法

2.5.2拉格朗日方法

2.6颗粒相的数值模拟[40][46]

2.6.1单颗粒运动方程

2.6.2颗粒随机轨迹模型

2.6.3气体相和颗粒相的相互作用

2.7本章小结

第3章旋风分离器模型建立及模型结构优化

3.1数值模拟技术

3.2模型的概述

3.3分离器数值模拟

3.3.1分离器模型的构建

3.3.2分离器模型网格的划分

3.3.3气、固两相的物性参数

3.3.4边界条件与初始条件的设定

3.4旋风分离器的结构优化

3.4.1入口结构形式的优化

3.4.2排气筒结构的优化

3.4.3颗粒出口直径的优化

3.5本章小结：

第4章气固两相流的模拟及操作参数的优化

4.1流场的速度分布

4.1.1切向速度分布

4.1.2轴向速度分布

4.2旋风分离器内组分的分布

4.3操作参数对Stairmand型旋风分离器分离效果的影响

4.3.1入口速度对旋风分离器分离效率的影响

4.3.2颗粒粒径对分离效率的影响

4.3.3颗粒浓度对分离效率的影响

4.4小结

第5章结论

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢