CFB锅炉旋风分离器内气固两相流动的数值模拟

论文摘要

旋风分离器作为循环流化床锅炉中重要的气固分离设备,其性能的好坏直接影响到整个循环流化床锅炉的出力、效率及运行寿命。为了使该设备更好地服务于生产实际,本文采用商用CFD软件FLUENT对直切式旋风分离器内的气相流场进行了数值研究。结果表明:雷诺应力湍流模型对气相流场的计算与实验测量结果基本相符,有较高的预报精度;旋风分离器入口结构的非轴对性以及气相旋流的不稳定性造成气相流场呈非轴对称性,主要表现为气流旋转中心与分离器几何中心不重合;排气管内切向速度呈强旋流状态,轴向速度呈强剪切流特征,这些都是造成排气管内产生流动阻力的重要原因。同时还研究了入口面积比K A、排气管直径比d~r、排尘口直径比d~c、入口速度Vi和温度T等结构参数和操作条件对气相流场的影响规律,为旋风分离器的结构优化提供了参考依据。最后,在气相流场模拟的基础上,引入颗粒随机轨道模型,计算了颗粒的运动轨迹。结果表明,分离器内颗粒的运动情况非常复杂,并且带有很大的随机性。对于细小颗粒,上行流夹带是影响效率的主要因素,其次是短路流和排尘口返混;对于粒径较大的颗粒,影响效率的主要因素是顶灰环和排气管短路流。以上研究结果对于旋风分离器分离机理的研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 第二章 CFB锅炉旋风分离器数值模拟研究概述
• 2.1 循环流化床锅炉简介
• 2.2 气固分离装置在CFB 锅炉中的应用
• 2.3 CFB 锅炉用旋风分离器介绍
• 2.4 旋风分离器内流场数值模拟的研究进展
• 2.4.1 气相的模拟
• 2.4.2 气固两相的数值模拟
• 第三章 旋风分离器气相流场的数值模拟
• 3.1 数学模型及方法
• 3.1.1 几何模型
• 3.1.2 网格划分
• 3.1.3 湍流模型及控制方程
• 3.1.4 边界条件和初始条件
• 3.1.5 差分格式及算法
• 3.1.6 网格无关性验证
• 3.1.7 模拟结果的可靠性验证
• 3.2 旋风分离器气相流场结果分析
• 3.2.1 气相流场的基本特征
• 3.2.2 分区间分析流场特征
• 3.2.3 气相流场的非轴对称性
• 3.3 本章小结
• 第四章 结构参数和操作条件对气相流场的影响规律
• 4.1 结构参数对气相流场的影响
• A 对气相流场的影响'>4.1.1 入口面积比K_A对气相流场的影响
• <sub>r 对气相流场的影响'>4.1.2 排气管直径比d|^<sub>r对气相流场的影响
• <sub>c 对气相流场的影响'>4.1.3 排尘口直径比d|^<sub>c对气相流场的影响
• 4.1.4 入口型式对气相流场的影响
• 4.2 操作条件对气相流场的影响
• 4.2.1 入口速度对气相流场的影响
• 4.2.2 温度对气相流场的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 旋风分离器内气固两相流场的数值模拟
• 5.1 颗粒相运动模型及计算方法
• 5.1.1 两相流模型的确定
• 5.1.2 颗粒相边界条件
• 5.2 颗粒运动轨迹的模拟
• 5.2.1 不同粒径颗粒的运动轨迹
• 5.2.2 粒径和入射位置对颗粒轨迹影响的讨论
• 5.3 旋风分离器分离效率的计算
• 5.3.1 入口颗粒参数
• 5.3.2 分离效率的确定
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢