气力输送喷射器内部流动特性的数值模拟分析

论文摘要

由于具有输送效率高,设备结构简单,维护管理方便,易于实现自动化以及有利于环境保护等一系列优点,气力输送技术一直受到研究人员的关注。气固喷射器作为气力输送系统中的关键设备,其工作特性必将受到人们更多的关注。针对于传统气力输送喷射器在壁面处物料浓度大易结块甚至造成堵塞的缺点,国外有学者提出了一种同心喷射器,这种喷射器不同于传统喷射器的地方是,固相物料是水平引入的,侧面开环状通气孔,空气从此孔引入的方向与固相进入的方向一致。同心喷射器由于其自身的特点可以作为气力输送系统中的动力源,这样可以充分的利用其扬程和吸程,而传统喷射器可以作为气力输送系统的上料器。气力输送系统中涉及到颗粒在管道和喷射器中的输送等一些经典的两相流问题,两相流由于其自身的复杂性,一直没有完善的理论计算方法,这在很大程度上限制了气力输送系统的发展。为了提高颗粒的输送安全性、效率和节约能源,本文采用数值模拟方法,借助FLUENT软件平台,通过对气力输送系统各部件内部流动的模拟,考察不同工况和几何参数对气力输送系统各部件内流场结构的影响规律,为气力输送喷射器的结构设计计算提供参考,对气力输送喷射器的设计制造及结构优化都有一定的实际指导意义。本文的主要研究工作如下：(1)针对水平管道颗粒的输送,选用合适的湍流模型及采用合理的求解策略,参考管内多相流动的理论计算方法,对管内多相流动进行数值模拟分析,得出水平管道颗粒的最小输送气速,并与实验值进行比较验证。(2)针对垂直管道颗粒的输送,选用合适的湍流模型及采用合理的求解策略,参考管内多相流动的理论计算方法,对管内多相流动进行数值模拟分析,得出垂直管道颗粒的最小输送气速,并与实验值进行比较验证。(3)针对煤粉在弯管内的输送进行数值模拟,分析曲率半径和气速对弯管气力输送的影响,从而为减小弯管内磨损提供参考。(4)对传统喷射器进行数值模拟,讨论喷嘴位置、收缩角以及输风量对输送效果的影响,为传统气力输送喷射器的结构设计计算提供参考。(5)对同心喷射器进行数值模拟,讨论同心喷射器相对于传统喷射器在输送效果上的优点。然后对带有收缩段的同心喷射器进行分析,并讨论收缩角对同心喷射器内静压分布的影响。本文通过对气力输送管道以及两种气力输送喷射器内部流场得研究,深入的了解了工况和几何参数对气力输送的影响机理,解决了气力输送系统内部颗粒流动机理理论计算方法缺乏的困境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.1.1 气力输送系统介绍
• 1.1.2 计算流体力学CFD介绍
• 1.1.3 多相流模拟介绍
• 1.1.4 DPM模型介绍
• 1.2 发展历史与研究现状
• 1.2.1 气力输送发展现状
• 1.2.2 国内外计算流体力学研究现状和发展动态
• 1.3 本课题研究内容
• 第2章 管内多相流动的理论计算和数值模拟
• 2.1 管内多相流动基本问题的理论分析
• 2.1.1 管内多相流的工况及特点
• 2.1.2 颗粒最小输送速度的确定
• 2.2 管内多相流动的数值模拟方法
• 2.2.1 数学模型
• 2.2.2 模型建立及网格划分
• 2.3 水平管最小输送气速计算结果分析
• 2.3.1 煤粉的模拟结果分析
• 2.3.2 煤粒（d=1mm）的模拟结果分析
• 2.3.3 煤粒（d=0.5mm）的模拟结果分析
• 2.3.4 水泥粉（d=0.07mm）的模拟结果分析
• 2.4 垂直管最小输送气速计算结果分析
• 2.5 弯管输送计算结果分析
• 2.5.1 弯管输送特性分析
• 2.5.2 曲率半径对输送特性的影响
• 2.5.3 气速对输送特性的影响
• 第3章 两种喷射器内气固两相流的数值模拟方法
• 3.1 引言
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 初始条件和边界条件
• 3.3 模型数值求解
• 3.3.1 传统喷射器模型以及网格结构
• 3.3.2 同心喷射器模型以及网格结构
• 第4章 传统喷射器内气固两相流的数值模拟
• 4.1 传统喷射器数值模拟计算对象及条件
• 4.2 数值模拟计算结果与分析
• 4.2.1 传统气固喷射器的数值模拟计算结果
• 4.2.2 喷嘴离接受室收缩段的距离S对物料输送效果影响
• 4.2.3 收缩角对喷射器输送特性的影响
• 4.2.4 喷嘴出口输风量对喷射器输送特性的影响
• 第5章 同心喷射器内气固两相流的数值模拟
• 5.1 同心喷射器数值模拟计算对象及条件
• 5.2 数值模拟计算结果与分析
• 5.2.1 同心气固喷射器的数值模拟计算结果
• 5.2.2 带有收缩段的同心气固喷射器的数值模拟计算结果
• 5.2.3 收缩角对同心气固喷射器内静压的影响
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文