波形板气液分离器的数值模拟

摘要

气液分离技术广泛地应用于诸多能源、电力及工业领域。要想实现清洁能源利用、节能减排、能源高效利用等能源战略核心，安全、经济、高效、稳定的气液分离技术是必然的选择。
　　结构紧凑、体积小、分离效率高是波形板气液分离的优点，因此，本文针对波形板气液分离器进行了数值模拟研究与分析。波形板气液分离器结构复杂，包含有汽、液两相和三个流场(气流相、液滴相、液膜相)。在微观层面，对液滴相的特性、液滴的沉降、液滴的二次携带机理进行了全面的分析；在宏观层面，通过数值模拟分析了考察液滴粒径、汽流场的速度对波形板气液分离器的分离性能的影响。
　　本文采用两相三流场模型来分析两相三流场的特性。运用Fluent6.3中的k-ω湍流模型模拟出复杂结构波形板内气流运动特征，在此基础上，通过欧拉-拉格朗日多相流模型来模拟离散相在其流场中运动特征。离散相的湍动能与湍流效应的分析能更好地用来研究不同液滴直径、气流场速度下的分离效率。本文分别对三菱、西屋两类波形进行了数值模拟分析，从分离效率和压降这两个关键因素对波形板的结构形式进行数值分析，模拟结果发现不同结果形式的波形板对不同粒径颗粒群的捕获存在突变区间且不一样，其中，三菱单钩波形的区间值最小为4~7μm。同时，引入Wall-film模型对所形成的板壁液膜进行了数值模拟和分析，考察了液膜对四种波形板压降的影响。在大曲率的情况下，液膜破裂的数值分析得到了回旋汽流与主流场的共同作用是形成带状薄膜破裂是一个不可忽视的因素。以上内容对今后波形板的实验研究和结构优化具有指导性意义。

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1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2气液分离技术的应用和波形板气液分离器的概述

1.3 波形板气液分离器的国内外研究现状

1.4 本文研究的主要内容

2.波形板内液滴特性与其分离机理分析

2.1引言

2.2 波形板内液滴特性

2.3 波形板内气液分离机理

2.4 总结

3.波形板内流场理论模型与分析

3.1 引言

3.2 控制方程

3.3 总结

4 波形板内流场CFD数值模拟技术

4.1 引言

4.2 研究对象和网格划分

4.3 FLUENT数值模拟设置技术

4.4 总结

5波形板内流场数值模拟结果与分析

5.1引言

5.2汽流场的模拟结果与分析

5.3液滴相的模拟结果与分析

5.4 液膜相的模拟结果与分析

5.5 总结

6总结和展望

6.1全文总结与主要结论

6.2未来工作展望

致谢

参考文献