扩散式旋风分离器分离性能研究

论文摘要

扩散式旋风分离器内部是极其复杂的气固两相强旋转流动,而目前针对扩散式旋风分离器的研究较少；本论文采用数值模拟的方法结合实验验证,对扩散式旋风分离器的分离性能进行研究。具体工作如下：通过延长扩散式旋风分离器排气管长度、假定进入分离器入口颗粒量及速度恒定,建立了扩散式旋风分离器物理模型；在CFD仿真软件Fluent中建立了扩散式旋风分离器内气粒二相流场的数学模型,为扩散式旋风分离器内气粒二相流进行数值模拟提供了条件分离器的压力损失和分离效率是分离器性能的两个主要指标,在所建立物理模型与数学模型的基础上,对分离器内部气相场的速度、压力以及湍流结构进行数值模拟,得到了速度场、压力场以及湍流分布结构,在微观领域内揭示了分离器内部各种流场的分布规律,分析了流场和分离性能之间的关系。采用DPM模型,对不同结构参数下的分离器流场进行数值模拟,考察结构参数对分离性能的影响,得到了分离器的反射屏尺寸、排气管的直径和插入深度以及扩散段高度对压力损失和分离效率的影响曲线。另外,还对不同操作参数下的分离器流场进行数值模拟,得到了分离器入口风速、入口处颗粒浓度对分离器分离效率和压力损失的影响关系曲线,以及颗粒入口位置对分离性能的影响。通过扩散式旋风分离器分离性能实验分析,验证不同入口风速和不同颗粒浓度对分离器分离性能的影响,结果表明实验数据和数值模拟结果的最大误差在10%以内。本文的研究成果对扩散式旋风分离器的设计和改造有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景及研究意义
• 1.2 国内外两相流模拟进展
• 1.3 国内外旋风分离器气固两相流研究进展
• 1.4 研究内容及方法
• 1.5 本章小结
• 第二章 扩散式旋风分离器两相流场建模
• 2.1 扩散式旋风分离器的工作原理和分离理论
• 2.1.1 扩散式旋风分离器的工作原理
• 2.1.2 扩散式旋风分离器的分离理论
• 2.2 旋风分离器的评价指标
• 2.3 二相流数值模拟方法的研究
• 2.3.1 两相流数值模拟方法
• 2.3.2 气相湍流模型的确定
• 2.3.3 气相输送方程
• 2.3.4 颗粒运动方程
• 2.4 边界条件的处理
• 2.4.1 入口和出口边界条件
• 2.4.2 壁面条件的处理
• 2.4.3 边界条件的确定
• 2.5 方程的离散及算法研究
• 2.6 本文模拟路线
• 2.7 本章小结
• 第三章 扩散式旋风分离器流场数值模拟
• 3.1 模型的建立及网格划分
• 3.2 分离器流场模拟结果分析
• 3.2.1 速度场分析
• 3.2.2 压力场分析
• 3.2.3 流场的湍动结构分析
• 3.3 本章小节
• 第四章 结构和操作参数对分离性能的影响研究
• 4.1 结构参数对分离性能的影响
• 4.1.1 反射屏对分离性能的影响
• 4.1.2 排气管对分离性能的影响
• 4.1.3 扩散段高度对分离性能的影响
• 4.2 操作参数对分离性能的影响
• 4.2.1 入口风速对分离性能的影响
• 4.2.2 颗粒浓度对分离性能的影响
• 4.2.3 入口位置对分离性能的影响
• 4.3 参数优选范围
• 4.4 本章小结
• 第五章 操作参数对分离性能影响的实验研究
• 5.1 实验系统的组成
• 5.2 实验材料及设备
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 螺旋输送机
• 5.2.3 鼓风机选用
• 5.2.4 风量风压仪及粉尘浓度仪表选用
• 5.3 实验结果分析
• 5.3.1 风速对分离器分离性能的实验结果分析
• 5.3.2 颗粒浓度对分离器分析性能研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 主要工作及结论
• 6.2 不足和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要的研究成果