旋风分离器内气固两相流流场数值模拟

摘要

旋风分离器是一种利用气固两相流体的旋转运动使固体颗粒在离心力的作用下从气流中分离出来的设备。它具有结构简单，维护方便，耐高温，造价低等优点。在环保、粉体、石油、化工、冶金、材料等许多领域有着广泛的应用。
　　本文利用计算流体力学软件FLUENT对CLT/A型旋风分离器进行了数值模拟。
　　首先，对旋风分离器内温度场进行模拟，分析旋风分离器内部的温度场分布情况。
　　其次，在温度场模拟的基础上对旋风分离器内部流场进行数值模拟。气相流场模拟是下一步两相流模拟的基础，因此保证高质量的结构化网格，采用基于各向异性的湍流模型(RSM)的同时，相应采用QUICK差分格式和PRESTO压力插补格式进行数值模拟计算，分析研究了分离器内部气相速度分布、压力分布及压力损失、流场湍流分布、雷诺应力及二次流现象。
　　第三，对旋风分离器内部的气固两相流进行模拟分析。采用离散相随机轨道模型和相间耦合模拟的方法对旋风分离器内部的固相颗粒进行模拟，经过分析研究得到了分离器内颗粒运动轨迹、气相流场对颗粒相的影响，入口速度、流量、颗粒浓度等操作参数对分离效率性能的影响。
　　最后，分析了排气管管径、排气管插入深度等结构参数对分离性能的影响，在此基础上对CLT/A型旋风分离器进行了结构优化，再次模拟，对改进前后的分离器的性能进行了比较。模拟结果表明改进后的旋风分离器比改进前旋风分离器性能有较大的提高，验证了优化的可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及意义

1．2 旋风分离器概述

1．2．1 旋风分离器的发展历史

1．2．2 旋风分离器的基本结构与工作原理

1．2．3 旋风分离器的分离机理

1．3 旋风分离器性能指标

1．3．1 分离总效率η

1．3．2 压力损失ΔP

1．3．3 处理气体流量Q

1．4 国内外研究进展和现状

1．5 本文主要研究内容及方法

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究方法

第2章 旋风分离器数值模拟方法研究

2．1 引言

2．2 CFD概述及FLUENT软件介绍

2．2．1 CFD概述

2．2．2 FLUENT软件介绍

2．3 旋风分离器内气相数值计算方法

2．3．1 控制方程

2．3．2 湍流模型

2．3．3 离散格式

2．3．4 压力插补格式

2．3．5 压力与速度耦合

2．4 旋风分离器内气固两相流数值模拟计算方法

2．4．1 单颗粒运动控制方程

2．4．3 颗粒随机轨道模型

2．4．4 DPM模型

2．4．5 气体相和颗粒相的相互作用

2．4．6 固体颗粒与壁面间的相互作用

2．5 本章小结

第3章 旋风分离器温度场数值模拟

3．1 引言

3．2 有限元模型的建立

3．2．1 物理模型

3．2．2 有限元模型

3．3 边界条件

3．4 计算求解及结果分析

3．4．1 计算求解

3．4．2 结果分析

3．5 本章小结

第4章 旋风分离器气体相数值模拟

4．1 引言

4．2 旋风分离器气相数值模拟计算步骤与方法

4．2．1 计算步骤

4．2．2 计算方法

4．3 气相流场的模拟结果与分析

4．3．1 速度分布研究

4．3．2 压力分布及压力损失研究

4．3．3 流场湍流分析研究

4．3．4 雷诺应力分析研究

4．3．5 二次流及其流场规律

4．4 本章小结

第5章 旋风分离器两相流数值模拟

5．1 引言

5．2 两相流模型及数值模拟方法

5．2．1 两相流模型

5．2．2 数值模拟方法

5．3 物料颗粒运动轨迹追踪研究

5．3．1 单颗粒追踪

5．3．2 颗粒组追踪

5．4 操作参数对分离性能的影响

5．4．1 入口速度的影响

5．4．2 颗粒直径的影响

5．4．3 颗粒浓度的影响

5．5 本章小结

第6章 旋风分离器结构改进及结果分析

6．1 引言

6．2 排气管操作参数对分离器分离性能的影响

6．2．1 排气管管径大小的影响

6．2．2 排气管插入深度的影响

6．3 旋风分离器排气管结构的改进和性能分析比较

6．3．1 压力损失比较

6．3．2 分离效率比较

6．4 本章小结

第7章 主要结论和工作展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果