船载分油机结构优化设计及流场特性研究

摘要

碟式分离机由于结构紧凑、单位时间处理量大等优点，被广泛应用于船舶动力系统及辅助润滑系统的油水分离场合。
　　阐述了离心澄清型碟式分离机及离心分离型碟式分离机的分离机理。根据理论公式及经验公式完成离心分离型碟式分离机的转鼓内部结构尺寸的常规设计。
　　利用ANSYS ICEM CFD软件完成转鼓内部二维流场模型的四边形网格划分，并在FLUENT软件中完成多相流场数值计算。计算结果显示模型油相出口处含油率达99.99521％，分离效果良好。研究了改变碟片锥角对分离效率的影响，碟片锥角为45°模型的分离效率高于碟片锥角为40°和50°的模型，该结果是由于碟片表面流体受力的改变和碟片边缘尺寸的改变共同作用的结果;研究了改变碟片间距对分离效率的影响，结果表明碟片间距越小对油水分离越有利。上述模拟结果得到已有实验结果的验证。
　　在二维数值模型得到验证的基础上，建立三维流场模型并完成六面体网格划分，在FLUENT中完成数值计算。根据模拟结果得到的油相浓度分布云图、压力分布云图及碟片间隙速度分布确定模型的合理性。探究转速、水相粒径、入口速度对分离效率的影响。模拟结果表明:在生产能力不变的情况下，提升转鼓转速可以大幅提高分离机的分离效率;在一定范围内，水相粒径的增大可以提高分离机的分离效率，当水相粒径增大到一定程度，对分离效率的提高不再有显著影响;入口速度的提升会导致处理量增大，从而减小分离效率。
　　在三维数值模型建立的基础上，利用UDF函数在FLUENT软件中完成周期性摇摆工况下的三维流场数值模拟。摇摆角度为±22.5°，周期为12s，持续时间为120s。模拟结果表明:在摇摆工况下流场的分离效率与稳态相比有一定的降低，每隔1/2个摇摆周期分离效率会出现阶跃性跳动;随摇摆时间增长，变化幅度趋于稳定。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 课题研究现状及发展趋势

1．2．1 碟式分离机产品的研发进展

1．2．2 分离机分离性能的理论研究进展

1．2．3 转鼓内流场数值模拟研究进展

1．3 主要研究内容及创新点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 创新点

第二章 碟式分离机的分离原理与参数计算

2．1 碟式分离机的分离机理

2．1．1 离心澄清

2．1．2 离心分离

2．2 碟式分离机性能参数

2．2．1 生产能力与生产能力指标

2．2．2 碟片间隙内流体的雷诺数

2．2．3 分离因数

2．2．4 λ准数及其对流场影响

2．3 碟式分离机主要结构及设计

2．3．1 碟式分离机主要结构

2．3．1 碟片组件结构尺寸设计

2．4 本章小结

第三章 转鼓内部二维流场模拟与分析

3．1 计算流体动力学计算方法

3．2 CFD软件求解步骤

3．3 转鼓内部二维流场的数值模拟

3．3．1 二维流场几何模型的建立及网格划分

3．3．2 FLUENT求解器设置

3．3 二维流场数值模拟的计算后处理

3．3．1 模型合理性分析

3．3．2 碟片组结构参数对分离效率的影响

3．4 本章小结

第四章 转鼓内部三维流场模拟与分析

4．1 转鼓内部三维流场的数值模拟

4．1．1 三维流场几何模型的建立及网格划分

4．1．2 FLUENT求解器设置

4．2 三维流场数值模拟的计算后处理

4．2．1 模型合理性分析

4．2．3 操作参数及物性参数对流场的影响

4．3 本章小结

第五章 摇摆工况下三维流场模拟

5．1 摇摆条件的确定

5．2 摇摆工况下的数值模拟

5．2．1 UDF函数的编写

5．2．2 求解器设置

5．3 摇摆工况下数值模拟的计算后处理

5．4 本章小结

第六章 论文总结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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