旋风分离器气固两相流大涡数值模拟的研究

摘要

旋风分离器是一种结构简单、高效的分离设备，在能源、化工、冶金、环保等许多领域有着广泛的应用。深入研究旋风分离器的内部流场以及分离性能的影响因素，对改善和提高旋风分离器的性能有着重要的意义。本文基于Fluent软件对旋风分离器中气固两相流场进行数值模拟并得出了相关结论。
　　首先，我们采用大涡模型(LES)对气相流场进行了模拟计算。结果显示:分离器内主流是双层旋流，且内部中心涡核的轴线是一条摆动的曲线，并在椎体段处停止。通过进一步分析，我们还得到了速度分布和压力分布的规律。
　　接下来我们采用拉格朗日坐标系下的相间耦合的DPM模型对气固两相流场进行模拟，考察了操作参数和结构参数对分离性能的影响。计算结果表明:同粒径颗粒在不同位置或不同粒径颗粒在同一位置运动轨迹各不相同;增大入口速度有利于分离效率的提高，但同时增大了压降;增大颗粒浓度可以提高分离效率;升气管插入深度增大，压降会稍微减小，分离效率会升高;升气管的直径增大，总压降是逐渐减小的，分离效率是先减小后增大;排尘口直径几乎不会影响压降，总分离效率会随排尘口直径的增大而先增大后减小;排尘口与灰斗之间接一段圆筒，能够有效提高分离器的分离性能，且压降值不受影响。
　　由此可见，数值模拟方法对旋风分离器的实验研究、结构设计与性能优化具有重要的指导意义。

目录

声明

摘要

主要符号说明

第一章 绪论

1．1 课题的背景与意义

1．2 旋风分离器的概况

1．2．1 旋风分离器的分类

1．2．2 旋风分离器的特点

1．2．3 旋风分离器的应用

1．3 旋风分离器的分离机理

1．4 旋风分离器气固两相流数值模拟的进展

1．4．1 国内外旋风分离器气固两相流数值模拟的进展

1．5 本课题的主要研究内容

第二章 旋风分离器数值模拟计算方法的研究

2．1 CFD简述

2．2 Fluent软件简介

2．3 旋风分离器气相的数值模拟计算方法研究

2．3．1 控制方程

2．3．2 湍流模型简介

2．4 旋风分离颗粒相数值模拟方法研究

2．4．1 单颗粒的运动方程

2．4．2 颗粒随机轨道模型

2．4．3 离散相模型(DPM Model)

2．4．4 两相耦合作用

2．4．5 颗粒与壁面的碰撞

2．5 旋风分离器的性能指标

2．6 本章小结

第三章 旋风分离器内部气相流场的数值模拟

3．1 计算模型与方法

3．1．1 几何模型与结构

3．1．2 Fluent求解过程

3．1．3 网格划分

3．1．4 网格无关性验证

3．1．5 设置材料和边界条件

3．1．6 设置求解控制参数

3．2 气相流场速度分布的研究

3．2．1 切向速度分布

3．2．2 轴向速度分布

3．2．3 径向速度分布

3．3 旋风分离器压力损失的研究

3．3．1 旋风分离器压力的分布

3．4 旋风分离器的自然旋风长的影响因素

3．4．1 入口气速对旋涡端部的位置变化的影响

3．4．2 升气管插入深度对旋涡端部的位置变化的影响

3．4．3 升气管直径对旋涡端部的位置变化的影响

3．4．4 旋风分离器排尘口直径对旋涡端部位置的影响

3．5 本章小结

第四章 旋风分离器内气固两相流的数值模拟

4．1 边界和初始条件的设定

4．2 旋风分离器内颗粒的轨迹的模拟和分析

4．3 操作参数对分离性能的影响

4．3．1 入口速度对旋风分离器分离性能的影响

4．3．2 粉料浓度对旋风分离器分离效率的影响

4．4 本章小结

第五章 旋风分离器结构参数对分离性能影响的研究

5．1 升气管结构对分离性能的影响

5．1．1 升气管直径对旋风分离器流场和分离性能的影响

5．1．2 升气管插入深度对旋风分离器分离性能的影响

5．2 排尘部分对旋风分离器分离性能影响的研究

5．2．1 排尘口直径对分离器分离性能的影响

5．2．2 不同灰斗结构对流场和性能的影响

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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