高效節(jié)能旋風分離器的開發(fā)—數(shù)值模擬與實驗研究

【摘要】：本文用計算流體力學(xué)軟件對一種入口螺旋下傾旋風分離器的入口結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，對不同入口旋轉(zhuǎn)角（240°、300°、360°）、不同入口截面角（5°、15°、25°、35°、45°）以及不同入口形狀（矩形、正方形、圓形）的旋風分離器進行了數(shù)值模擬，氣相部分采用Euler坐標系下的RSM雷諾應(yīng)力模型，顆粒相部分采用拉格朗日坐標系下的隨機軌道模型，對模擬結(jié)果的流場、分離性能和壓力損失等進行了分析，并與實驗結(jié)果進行了對比，得到如下結(jié)論： （1）隨著入口旋轉(zhuǎn)角的增加，流場的軸對稱性變好，錐形體底部擺動現(xiàn)象減弱，切向速度減小，回流現(xiàn)象加重；顆粒分級效率減小，壓降降低。 （2）隨著入口截面角的增加，分離空間切向速度變大，上升流中軸向速度減小，下降流中軸向速度一側(cè)增大、另一側(cè)減小，而錐形體部分流場對稱性變差，出現(xiàn)了擺動、偏心和嚴重的紊流現(xiàn)象。在一定的入口速度下，分離效率隨著入口截面角的增加先減小后增大，但當入口速度增大到20m/s以上時，入口截面角的改變對分離效率的影響卻不明顯。當入口速度小于15m/s時，45°角的分離性能較好；而當入口速度大于15m/s時，5°截面角的分離性能較好。隨著入口截面角的增加，入口螺旋下傾旋風分離器的壓力損失增大；而且入口氣速越大，壓力損失隨入口截面角變大而增加的幅度就越明顯。 （3）對圓形、正方形、矩形三種入口形狀的旋風分離器而言，其錐形體底端都出現(xiàn)了嚴重的擺尾、偏心現(xiàn)象；相對而言，矩形入口分離器錐形體下端流體的軸對稱性較差。三種入口形狀分離器內(nèi)流場切向速度從大到小的排列順序為：正方形、圓形、矩形；軸向速度從大到小的排列順序為：矩形、圓形、正方形。當氣流攜帶的顆粒粒徑小于3μm時，圓形入口分離器的分離性能較好；當氣流攜帶的顆粒粒徑大于3μm時，正方形入口的分離器分離性能較好；在同樣的入口氣速條件下，壓力損失從高到低的排列順序為：正方形、圓形、矩形。 （4）實驗結(jié)果表明，入口螺旋下傾旋風分離器的分離效率和壓力損失均隨著入口速度的增加而增大，入口速度越大，壓降隨著入口速度的變化越明顯，增長幅度越大；但分離效率隨著入口速度增大而產(chǎn)生的變化卻變??；實驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果基本吻合。 【關(guān)鍵詞】：螺旋下傾旋風分離器 入口參數(shù) 數(shù)值模擬 實驗研究
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TQ051.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-24
• 1.1 課題背景及研究意義11
• 1.2 旋風分離器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理11-12
• 1.3 旋風分離器的性能指標12-14
• 1.3.1 分離性能指標12-13
• 1.3.2 能耗指標13-14
• 1.4 旋風分離器技術(shù)研究進展14-18
• 1.4.1 關(guān)于氣固兩相流動模型求解的數(shù)值方法研究進展14-17
• 1.4.2 關(guān)于旋風分離器設(shè)計的實驗研究進展17-18
• 1.5 旋風分離器入口結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀18-23
• 1.5.1 旋風分離器入口結(jié)構(gòu)型式研究現(xiàn)狀18-19
• 1.5.2 多進口旋風分離器的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5.3 關(guān)于入口形狀影響的研究21-22
• 1.5.4 關(guān)于入口截面角的研究22
• 1.5.5 關(guān)于螺旋下傾角的研究22-23
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容和方法23-24
• 第2章 旋風分離器的數(shù)值模擬方法研究24-35
• 2.1 氣相數(shù)值模擬方法研究24-31
• 2.1.1 湍流模型24-29
• 2.1.2 離散化29
• 2.1.3 壓力插補格式29
• 2.1.4 壓力與速度耦合29-31
• 2.2 顆粒相的數(shù)值模擬方法研究31-34
• 2.2.1 單顆粒運動方程31-33
• 2.2.2 隨機軌道模型33-34
• 2.2.3 氣固兩相間的相互作用34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 第3章 不同入口旋轉(zhuǎn)角對旋風分離器性能影響的數(shù)值模擬35-49
• 3.1 建模及數(shù)值求解35-37
• 3.1.1 幾何模型35-36
• 3.1.2 網(wǎng)格劃分36
• 3.1.3 邊界條件36-37
• 3.1.4 求解方法37
• 3.2 仿真結(jié)果與分析37-47
• 3.2.1 流場分析37-45
• 3.2.2 壓降與能耗分析45-46
• 3.2.3 分離性能對比分析46-47
• 3.3 本章小結(jié)47-49
• 第4章 不同入口截面角旋風分離器氣固兩相流動模擬49-59
• 4.1 建模49-50
• 4.1.1 幾何模型49-50
• 4.1.2 模型選擇50
• 4.2 邊界條件與網(wǎng)格劃分50-52
• 4.2.1 氣相邊界條件50
• 4.2.2 顆粒相邊界條件50-51
• 4.2.3 網(wǎng)格劃分51-52
• 4.3 仿真結(jié)果與分析52-58
• 4.3.1 流場分析52-56
• 4.3.2 壓力損失分析56-57
• 4.3.3 分離性能分析57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 不同入口形狀旋風分離器氣固兩相流場模擬59-70
• 5.1 建模59-60
• 5.1.1 幾何模型59
• 5.1.2 氣固兩相流模型59-60
• 5.2 邊界條件60
• 5.2.1 氣相邊界條件60
• 5.2.2 顆粒相邊界條件60
• 5.3 仿真結(jié)果與分析60-68
• 5.3.1 流場分析60-65
• 5.3.2 能耗損失分析65-66
• 5.3.3 分離性能66-68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 第6章 螺旋下傾旋風分離器的實驗研究70-74
• 6.1 實驗裝置介紹70-71
• 6.2 實驗過程描述71-72
• 6.2.1 實驗介質(zhì)71
• 6.2.2 實驗步驟71-72
• 6.3 實驗結(jié)果與分析72-73
• 6.3.1 總分離效率分析72-73
• 6.3.2 壓力損失73
• 6.4 本章小結(jié)73-74
• 第7章 結(jié)論與展望74-76
• 7.1 結(jié)論74
• 7.2 展望74-76
• 致謝76-77
• 參考文獻77-80
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80

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