关于静态水力旋流分离器的理论研究及仿真

论文摘要

本文是以水力旋流分离器为基础,以改进为目的而展开的研究,用多相流理论分析和计算旋流分离器内流场,得出优化的结果,并进行改进。水力旋流分离器是一种应用非常广泛的分离设备。由于其结构简单等优点,水力旋流分离器在各行各业显示出越来越广泛的应用前景。但是目前对水力旋流分离器的研究仍然以单因素的物理样机试验为主,由于物理试验本身具备的复杂性,且试验结果不具备通用性,很难适应各种变化的情况,也不适于大批量的生产需要,本文力用数值模拟软件Fluent,通过合理的选择数学模型和正确的设定边界条件,结合计算流体力学的各种理论和水力旋流分离器现有的知识,对现有的设备进行合理的优化,对旋流器内部的流场做出模拟计算,根据溢流的油的含量,进口处第二相的体积率等操作参数来分析旋流器的分离性能随着各个参数的变化规律,找到模型的效率规律,定量分析了旋流分离流场的各种参数,并找出不足点对其进行改进。本文对液-液旋流分离器的流动和分离机理进行了深入的探索,对水力旋流分离器内部的流场状态和湍流状态的情况做出了说明和计算,根据分流效率和整个流场的湍流能量损耗来验证了增加稳流管对减少旋流器内整个流场能量损失的可行性和实用性,对未来进行更深入的研究打下了一定的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景介绍
• 1.2 国内外研究现状及进展
• 1.2.1 国外液-液旋流分离器的研究概况
• 1.2.2 液-液旋流器在国内发展现状
• 1.2.3 液-液旋流器的应用情况
• 1.3 水力旋流分离器的主要的研究方法
• 1.3.1 数学的方法
• 1.3.2 计算流体力学
• 1.3.3 流场数值模拟的大致步骤与方法
• 1.4 水力旋流分离器的研究及结构特点
• 1.4.1 动态水力旋流分离器
• 1.4.2 静态水力旋流分离器
• 1.5 本文的主要研究工作和预期的成果
• 1.5.1 本文的主要研究工作和路线
• 1.5.2 本文的主要预期的成果
• 第2章 与水力旋流分离器相关的基本理论及动力学分析
• 2.1 主要研究方法
• 2.2 基本方程理论及假设
• 2.2.1 旋流器的基本理论
• 2.2.2 旋转流体的能量方程
• 2.2.3 自由涡基本方程
• 2.2.4 强制涡的基本方程
• 2.2.5 组合涡的基本方程
• 2.3 旋流器内液滴运动分析
• 2.3.1 液滴受到的阻力
• 2.3.2 油滴破碎
• 2.3.3 油滴运动方程
• 2.4 分散相液滴迁移分析
• 2.4.1 对重相分离的影响
• 2.4.2 对轻质分离的影响
• 2.5 旋流器分离效率理论预测
• 2.5.1 液滴轨迹求解
• 2.5.2 粒级效率和总分离效率的确定方法
• 第3章 数值模拟
• 3.1 FLUENT主要流程
• 3.2 GAMBIT建模
• 3.3 FLUENT设置
• 3.3.1 求解器的选择
• 3.3.2 湍流模型的选择
• 3.3.3 多相流模型的选择
• 第4章 模拟结果及讨论
• 4.1 模型的收敛
• 4.2 相流模拟结果
• 4.2.1 关于压力
• 4.2.2 流场的切向速度
• 4.2.3 流场的轴向速度
• 4.2.4 流场的径向速度
• 4.2.5 分离能力
• 4.3 误差
• 第5章 分离器的改进
• 5.1 问题的提出
• 5.2 模型的建立
• 5.3 结果分析
• 第6章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢