浓相气力输送分支管道流动特性研究

摘要

气力输送是利用气流作为载体在管道中输送固体物料的技术。浓相气力输送因具有能耗低和输送效率高等特点而广泛应用于工农业生产的各个领域。气力输送系统的管路布置比较灵活，管道的几何结构多种多样。分支管作为管路布置的一种形式，如今广泛应用于输送过程中的管路分流。两相在流经管道分支处时，因分支管角度的变化、系统操作参数的变化等都会影响到流量分配和压力降等流动参数。因此，对分支管道流动特性的研究具有重要的理论与工程应用意义。
　　 基于以上背景，本文设计并制作了六种不同几何结构的分支管（管道两分支分为固定支与变动支），以干燥的粉煤灰作为输送物料进行气力输送实验。通过改变分支管角度、固气质量比和输送气体速度，得出不同几何结构下分支管流量分配、分支处局部阻力和分支后沿程阻力的变化规律。并在实验基础上对影响局部阻力和沿程阻力的因素进行分析，拟合了分支管局部和沿程的阻力特性方程。同时，采用数值模拟的方法对分支管流动过程进行研究。
　　 实验研究方面，设计搭建了分支管气力输送系统并进行输送粉煤灰的研究，通过实验发现:分支管的流量分配特性主要受分支角度的变化影响较大，气固两相更容易分配到与主管夹角较小的分支中，且气体速度和固气质量比只有在输送气速小于管道沉积速度时才会对流量分配特性产生明显影响;分支管分支处局部压降和分支后沿程压降都受流量分配特性影响较大，其压降值都随系统输送气速和固气质量比增大而增大，且压降曲线在达到管道沉积速度时会出现拐点。
　　 理论分析方面，通过实验研究，综合考虑影响分支管局部和沿程阻力特性的因素，采用量纲分析和多元线性回归分析等数学方法，分别拟合了分支管分支处局部和分支后沿程的阻力特性方程，并对方程的准确性进行验证，发现拟合方程准确性较高，可以用于指导工程应用。
　　 数值模拟方面，以实验所得参数为基础，用Gambit软件对分支管进行几何建模和网格划分，并在分支处和管路壁面进行网格加密。选用Fluent软件中的欧拉双流体模型和能够提高漩涡精度的RNGk-ε湍流模型对分支管分流流场进行数值模拟。模拟结果显示:分支前后两相速度和压力都降低，分支处内外两侧壁面有较大速度和动压差;在分支处固相紧贴分支内侧壁面流动，而分支外侧壁面气相聚集较多、湍流较强，容易出现漩涡，且分支角度越大，湍流和漩涡现象越明显。同时通过实验值与模拟值相对比，发现模拟结果准确性较高，可用于预测分支分流的相关流场信息。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景、目的与意义

1．2 文献综述

1．2．1 气力输送简介

1．2．2 气力输送复杂管道的研究进展

1．3 本文主要研究内容

第二章 分支管道气力输送系统设计与安装

2．1 系统设计概况

2．2 实验装置的选取

2．2．1 气源部分

2．2．2 发料装置

2．2．3 收料装置

2．2．4 管路布置与分支管道的设计

2．3 测试设备

2．4 输送物料的选择

2．5 具体实验流程

2．6 本章小结

第三章 气力输送分支管道的实验研究与分析

3．1 实验研究目的

3．2 输送系统参数确定

3．3 分支管道的流量分配特性研究

3．4 分支管分流处局部阻力特性研究

3．4．1 分支管固定支局部阻力特性

3．4．2 分支管变动支局部阻力特性

3．4．3 分支管两分支各自局部阻力特性对比

3．5 分支管分流后沿程阻力特性研究

3．5．1 各分支管两分支沿程阻力特性

3．5．3 分支管两分支各自沿程阻力特性对比

3．6 本章小结

第四章 分支管段阻力特性等效模型的建立

4．1 分支管段局部阻力特性

4．1．1 局部阻力方程的建立

4．1．2 拟合方程的验证

4．2 分支管段沿程阻力特性

4．2．1 沿程阻力方程的建立

4．2．2 拟合方程的验证

4．3 本章小结

第五章 浓相气力输送分支管段的数值模拟

5．1 多相流模型的选择

5．2 数学模型的建立

5．2．1 基本控制方程

5．2．2 湍流模型的选择

5．3 管道几何模型的建立

5．4 边界条件的设定

5．5 模拟结果与分析

5．5．1 气固两相速度分布

5．5．2 气固两相动压分布

5．5．3 气固两相体积分布

5．5．4 气固两相湍流强度

5．6．5 固相速度迹线

5．6 本章小结

第六章 实验结果与模拟结果对比

6．1 实验方法与模拟方法的匹配

6．2 分支管流量分配特性对比

6．3 分支管局部压力降对比

6．4 分支管沿程压力降对比

6．5 误差产生的原因分析

第七章 结论与创新点

7．1 结论

7．2 创新点

参考文献

致谢

附录