旋风分离器高温分离模型的实验研究

论文摘要

旋风分离器的分离理论是关于分离器内气固分离过程的物理描述和数学表示。至今,已有许多学者相继提出了多种分离理论,并形成了相应的气固分离模型。但是,以往的分离理论大多未考虑颗粒间的相互作用,且对高温旋风分离器分离性能的预测偏差较大。颗粒进入旋风分离器后,由于流体对颗粒的作用、颗粒间的相互作用以及外加力场的作用,相邻颗粒间可能会发生碰撞团聚,进而对气固分离过程产生影响。本文通过循环加料实验,不仅验证了旋风分离器内颗粒碰撞与团聚现象,而且研究了入口浓度、入口气速、温度等对颗粒碰撞与团聚效应以及分离性能的影响规律,并发现:颗粒碰撞团聚有利于细颗粒的分离,尤其在高入口浓度下,颗粒碰撞团聚对分离过程的影响是不可忽视的;任何一个颗粒的分离都是由离心力和颗粒碰撞团聚机制控制的。通过对旋风分离器内颗粒运动的分析,指出:颗粒碰撞与团聚现象主要存在于入口环形空间内,且以惯性碰撞团聚与拦截碰撞团聚为主。在此基础上,建立了入口环形空间内颗粒碰撞与团聚模型。基于对旋风分离器内颗粒碰撞与团聚的实验研究和理论分析,结合Dietz三区分离模型,建立了包含颗粒碰撞团聚效应在内的新的气固分离模型。新模型认为,旋风分离器内气固分离主要由离心力和碰撞团聚等作用控制,粗颗粒的分离主要考虑离心力作用,细颗粒的分离主要考虑碰撞团聚作用,对于粗、细颗粒之间的中等粒度的颗粒,则需综合考虑各种作用对分离效率的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 课题研究的主要内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 旋风分离器研究概况
• 2.2 旋风分离器内流场的研究
• 2.2.1 旋风分离器内流场的特征
• 2.2.2 操作条件对旋风分离器内流场的影响
• 2.3 旋风分离器分离机理的研究
• 2.3.1 转圈理论
• 2.3.2 平衡轨道理论
• 2.3.3 边界层理论
• 2.3.4 分区理论
• 2.3.5 旋风分离器内气固分离模型小结
• 2.4 颗粒碰撞与团聚的研究
• 2.4.1 气固两相流内颗粒的碰撞与团聚现象
• 2.4.2 气固两相流内颗粒团聚形式
• 2.4.3 旋风分离器气固两相流内颗粒碰撞与团聚机理
• 2.4.4 旋风分离器内颗粒碰撞与团聚的研究进展
• 第三章 旋风分离器颗粒碰撞与团聚实验装置
• 3.1 实验装置
• 3.2 实验方法
• 3.3 实验参数测量
• 3.3.1 流量的测量
• 3.3.2 压降和压降阻力系数的测量
• 3.3.3 温度的测量
• 3.3.4 气体粘度、密度以及含尘浓度的测量
• 3.3.5 粉料的粒径分析
• 3.4 实验内容
• 第四章 旋风分离器颗粒碰撞与团聚实验结果及分析
• 4.1 旋风分离器内颗粒碰撞与团聚现象的证实
• 4.1.1 循环加料实验分析
• 4.1.2 旋风分离器内颗粒碰撞与团聚现象
• 4.2 不同浓度下颗粒碰撞与团聚对分离性能的影响
• 4.2.1 不同浓度下颗粒碰撞与团聚对分离效率的影响
• 4.2.2 不同浓度下循环加料实验分离效率增加值分析
• 4.3 不同入口气速下颗粒碰撞与团聚对分离性能的影响
• 4.3.1 不同入口气速下颗粒碰撞与团聚对分离效率的影响
• 4.3.2 不同入口气速下循环加料实验分离效率增加值分析
• 4.4 不同温度下颗粒碰撞与团聚对分离性能的影响
• 4.4.1 不同温度下颗粒碰撞与团聚对分离效率的影响
• 4.4.2 不同温度下循环加料实验分离效率增加值分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 包含颗粒碰撞与团聚作用的新的分离模型
• 5.1 新分离模型的分离机理
• 5.1.1 旋风分离器内颗粒的运动规律
• 5.1.2 旋风分离器入口环形空间内颗粒碰撞与团聚模型
• 5.1.3 旋风分离器气固分离新模型
• 5.2 新分离模型的计算
• 5.2.1 颗粒间相对速度的计算
• 5.2.2 自然旋风长的计算
• 5.2.3 特征粒径的确定
• 5.3 新分离模型的验证
• 5.3.1 旋风分离器结构参数和实验条件
• 5.3.2 颗粒碰撞团聚效率的计算
• 5.3.3 新模型计算值与实验值的比较
• 5.4 新分离模型的分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢