炭黑气力输送系统中气固分离装置的研究

摘要

除尘器是用来捕集、分离悬浮于空气或气体中粉尘粒子的装置,是炭黑气力输送系统中气固分离装置的主要设备。除尘器的性能用可处理的气体量、气体通过除尘器时的阻力损失和除尘效率来表达。旋风分离器是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。它是工业中应用较为广泛的除尘设备之一,经常应用于多级除尘系统的一级除尘。布袋除尘器利用有机纤维或无机纤维作为滤袋从而将气体中的粉尘过滤出来,尤其对小颗粒粉尘的净化比较有优势,适合作为除尘系统的二级除尘设备。
　　本文综述了气力输送系统中气固分离装置的发展,分析了各种类型的分离装置的优缺点,把旋风除尘和布袋除尘两个除尘单元有效的整合到一起,首次提出并设计了一种全新的除尘形式,称之为旋风-布袋组合式除尘器,并在此基础上运用FLUENT软件在考虑气固两相之间的相互作用、炭黑颗粒间碰撞作用及炭黑颗粒与壁面间相互作用的情况下,对其内部气固两相流的流动进行数值求解。
　　首先利用计算流体动力学CFD软件FLUENT6.3.26对旋风-布袋组合式除尘器进行了数值模拟研究。在深入了解不同类型的布袋除尘器和旋风分离器的基础上,模拟研究了多种组合情况下的气相流场、颗粒运动轨迹、压降及分离效率等。从预备阶段——确定最合适的旋风分离器模型和算法,到整个研究工作的结束,做了大晕模型。通过本文数值研究结果,得到不同结构下的气固两相速度分布、浓度分布以及最优化结构,并确定了一套适合于旋风-布袋组合式除尘器的数值计算方法。
　　利用所设计的气同分离实验设备,将实验得出的有效数据与模拟结果进行对比分析,通过对比分析发现利用CFD模拟简化的模型得出的结果与实验结果具有较好的一致性和准确性,并总结了设计过程中的经验和不足,可对以后炭黑气力输送系统中气固分离装置的研究提供参考。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究进展

1.3 气固分离装置综述

1.3.1 气固分离装置的类型

1.3.2 炭黑气力输送系统中气同分离装置

1.3.3 气固分离装置的主要技术参数

1.4 本课题研究的内容

2 气固分离装置研究理论

2.1 布袋除尘器流场的数值计算方法

2.2 旋风分离器流场的数值计算方法

2.3 离散相模型

2.4 多孔介质模型

2.5 多孔跳跃介质模型

2.6 本章小结

3 旋风分离器内气固两相流的模拟及分析

3.1 用FLUENT模拟旋风分离器两相流的步骤

3.2 气相流场的模拟

3.2.1 模型的建立和网格划分

3.2.2 湍流模型的选择

3.2.3 边界及初始条件

3.2.4 模拟结果及分析

3.2.5 旋风分离器压降

3.3 颗粒相的模拟

3.3.1 颗粒运动方程和轨迹方程

3.3.2 分离效率和颗粒轨迹的模拟

3.3.3 分离效率的计算方法

3.3.4 颗粒轨迹的追踪

3.4 本章小结

4 布袋除尘器内气固两相流的模拟及分析

4.1 用FLUENT模拟布袋除尘器流场的步骤

4.2 基本参数的定义

4.2.1 流量分配系数

4.2.2 最大流量不均幅值

4.2.3 综合流量不均幅值

4.3 内部流场的模拟

4.3.1 湍流模型的选择

4.3.2 模型的建立和网格的划分

4.3.3 边界条件和初始条件

4.3.4 模拟结果及分析

4.4 本章小结

5 除尘器内部流场实验

5.1 实验装置

5.1.1 主要设备

5.1.2 主要实验仪器

5.1.3 控制装置

5.2 实验方案

5.3 实验数据整理

5.4 对比结果分析

5.5 本章小结

6 旋风-布袋组合式除尘器内流场的分析

6.1 模型的建立

6.2 网格划分

6.3 边界条件和初始条件

6.4 模拟结果及分析

6.4.1 模拟结果

6.4.2 除尘器内部气流的分布

6.4.3 残差分析和质量流量的分析

6.4.4 颗粒轨迹的追踪

6.5 本章小结

7 结论

参考文献

致谢

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