气力输送喷射器的设计计算及数值模拟

摘要

气力输送装置具有不直接消耗机械能而实现增压过程，输送过程相对传统机械输送具有安全、结构简单、易于自动化过程、对环境污染少，可以使固体颗粒沿着输送管道实现一到多地的输送和多地向一地的聚集等优点。现已广泛运用在矿产、电力、水泥、粮食、铸造、建材等领域中。喷射器是气力输送系统的关键装置，其结构和性能都必受到人们越来越多的关注。
　　从喷射器工作原理出发，对设计所涉及到的理论计算公式进行了归纳。由实际设计要求，采用最优化结构设计法，对喷射器的主要尺寸进行了设计。气力输送系统涉及到两相流动，由于两相流动的复杂性，对于气力输送相关的设计计算大部分采用理论和实验相结合的方法。本文利用FLUENT软件，采用双欧拉模型和离散模型对其内部流动进行了数值模拟。
　　首先利用三维建模工具对喷射器模型建立，再通过网格划分软件对其进行网格划分，最后在FLUENT软件中完成对喷射器的数值模拟。通过数值模拟验证所设计结构的准确性，并对其内部的流动特性进行了分析。考虑了结构参数改变对气力输送喷射器的影响，得到了静压变化曲线，固体颗粒速度矢量图、气体湍流动能图和速度云图等。
　　分析了不同结构参数对气力输送系统的性能影响，并对气力输送相关的输送管道的颗粒悬浮理论做了验证。所运用的设计理论过程和数值模拟过程，对喷射器在工程上的应用有一定的指导作用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外发展

1．3 当前存在问题

1．4 CFD及仿真软件介绍

1．4．1 FLUENT模型选用

1．4．2 FLUENT求解过程

1．5 本课题研究内容与意义

2 喷射器的设计方法与研究

2．1 喷射器概述

2．1．1 喷射器结构及工作原理

2．1．2 喷射器主要指标

2．2 喷射器的设计方法

2．2．1 经验系数法

2．2．2 经典热力学法

2．2．3 气体动力学法

2．3 影响气固喷射器性能的参数研究

2．4 本章小结

3 气力输送喷射器的理论设计分析

3．1 喷嘴的分析

3．1．1 气体喷嘴理论

3．1．2 喷嘴状态理论

3．2 气固喷射器设计分析

3．2．1 比容计算

3．2．2 最佳界面比

3．3 气固喷射器的设计

3．3．1 喷嘴的结构设计

3．3．2 喉嘴距之间的结构尺寸设计

3．3．3 混合室的结构设计

3．3．4 扩压器的设计及计算

3．4 本章小结

4 气力输送喷射器和输送管道设计计算

4．1 气力输送系统简介

4．1．1 气力输送系统优缺点

4．1．2 气力输送系统分类

4．2 气固两相流动压损计算

4．2．1 沿程摩擦阻力损失

4．2．2 局部压力损失

4．2．3 固体颗粒悬浮提升重力压损

4．3 气力输送喷射器设计实例

4．3．1 罗茨风机的选型

4．3．2 喷嘴的设计计算

4．3．3 混合室和扩压器的计算

4．3．4 喉嘴距之间的计算

4．4 本章小结

5 气力输送喷射器的数值模拟

5．1 数值模拟方程

5．1．2 湍流模型方程

5．2 喷射器的数值模拟

5．2．1 物理模型的建立和网格划分

5．2．2 边界条件

5．2．3 求解器的选择

5．3 模拟结果的分析

5．3．1 纯空气流动

5．3．2 工况下的分析

5．3．3 改变背压条件下的分析

5．3．4 改变收缩角α条件下的分析

5．4 输送管道多相流模拟

5．4．1 求解方法和网格划分

5．4．2 不同风速下颗粒的数值模拟

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果