呼吸性粉尘浓度检测用旋风分离器的设计与验证

摘要

呼吸性粉尘为空气动力学直径小于7.07?m、可到达呼吸道深部和肺泡区的粉尘颗粒，它是造成尘肺病的主要因素。加强我国煤矿职业危害特别是尘肺病的预防就必须提高呼吸性粉尘浓度的实时在线监测水平。目前世界上还没有呼吸性粉尘浓度传感器成功应用的先例，这主要是因为一系列关键技术还未解决，特别是满足BMRC曲线分离标准的呼吸尘连续分离技术已成为解决问题的关键。因此，找到一种高效实用的呼吸性粉尘分离器设计方法、设计出符合标准分离器对成功研究出相应的传感器具有十分重要的意义。
　　本文在分析分离技术现状、分离器存在的问题和旋风分离器分离机理的基础上，选择雷诺应力模型作为旋风分离器流场模型；通过基于RSM响应曲面法并利用统计软件Design-Expert建立了旋风分离器分离效能二次多项式预测模型，得到了两组旋风分离器结构尺寸参数；利用流体力学软件Fluent6.3旋风分离器内部流场进行数值模拟，用颗粒轨迹跟踪方式模拟分离效能，验证结构参数的正确性；设计加工出的相应的样件，并通过气溶胶实验进行验证。实验结果表明所设计的旋风分离器完全符合BMRC分离标准，符合MT394-1995标准要求。最后，再对气溶胶实验的影响因素进行了分析，提出相应的误差控制方法。通过研究，得到以下结论：
　　1）根据预测模型加工两种旋风分离器样品并作实测验证，发现样品分离效能与BMRC曲线标准差为1.73％与1.48%。
　　2）呼吸性粉尘旋风分离器内壁高度、排气管直径及插入深度对其分离效能有显著影响。
　　3）使用响应曲面法分析旋风分离器分离效能入手的优化选择可提高设计效率，保证计算模型可靠性，为呼吸性粉尘旋风分离器的设计提供依据。
　　4）气溶胶实验是验证分离器分离效能的主要方法，影响实验测试精度的主要因素有4种，而扩散罩气流流量为主要影响因素。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1 课题意义与背景

1.2 分离技术现状

1.3课题研究的主要内容

2旋风分离器的分离机理与模型选择

2.1旋风分离器的分离机理

2.2旋风分离器的基本湍流模型

2.3 流场的数值模拟及基本湍流模型选择

2.4本章小结

3旋风分离器的建模与计算流体力学仿真

3.1 旋风分离器基本机构与计算方法

3.2 基于响应曲面法的旋风分离器尺寸设计

3.3 旋风分离器建模与计算流体力学仿真分析实例

3.4本章小结

4实验方法与数据分析验证

4.1 气溶胶实验设计

4.2 气溶胶实验的基本方法

4.3 实验数据分析验证

4.4本章小结

5影响因素分析及误差控制

5.1 气溶胶实验影响因素

5.2 气溶胶实验误差控制

5.3本章小结

6结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表论文