油雾润滑系统中残雾的分离和凝聚机理的研究

论文摘要

油雾润滑技术作为一种集中润滑方式,目前广泛应用于钢铁、冶金、石油化工等领域。随着油雾润滑技术的广泛应用以及研究的深入发现油雾润滑系统产生的油雾约20%～30%扩散到周围的环境中,而且由于油雾润滑系统产生的油雾颗粒粒径在5μm以下,这个粒径范围内的颗粒对与人类和环境的危害越来越引起人们的广泛关注。但是目前常规的除尘设备,如静电除尘器和旋风分离器对这个颗粒粒径范围内的颗粒清除效率都很低,而复合式分离方法是比较合理的选择,复合式分离是指分离方法或分离和凝聚方法的组合,以达到增大净化效率,降低处理成本。声波凝聚对于小颗粒的清除是一种有效和可行的方法,通过外加声波的作用小颗粒会发生碰撞凝聚,在很短的时间内,颗粒的分布将发生从小尺寸向大尺寸方向演变,凝聚后产生的小颗粒的平均粒径会增大,小颗粒的数目会减少,这样就可以很容易地通过常规的除尘设备将其清除,从而达到控制小颗粒排放的目的。本文通过对颗粒碰撞凝聚理论的研究以及声场的理论分析,以及颗粒在声场中的受力分析建立了声波凝聚的动力学模型和数学模型。通过模型计算了特定尺寸分布的颗粒粒径在不同的声波频率下的颗粒的夹带系数和相位角,找出颗粒粒径和声学参数的关系。通过FLUENT软件提供的喷雾模型对油雾润滑系统产生的油雾进行了数值模拟,通过改变声场的频率和声强来仿真颗粒的粒径变化,通过Matlab软件对仿真的数据进行拟合得到以下结论：声强增加,颗粒的粒径增大但是声强在100dB以下,颗粒的凝聚效果不明显,当声强达到130dB时,颗粒的凝聚效果达到最好,当超过130dB时,颗粒的粒径逐渐又变小。声波频率增加,当频率范围在100Hz～2000Hz之间的声场颗粒的粒径是逐渐凝聚增大的,当频率范围在2000Hz-4000Hz之间时,颗粒的粒径有一极值,从Matlab拟合图可以看出其最佳凝聚效果频率在2500Hz附近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及来源
• 1.2 残雾回收技术的发展现状
• 1.2.1 国外的发展现状
• 1.2.2 国内的发展现状
• 1.2.3 复合式分离
• 1.3 气液两相流分离凝聚机理的研究进展
• 1.3.1 凝聚
• 1.3.2 分离
• 1.4 气液两相流碰撞—凝聚的研究进展
• 1.4.1 液滴靠近减薄模型
• 1.4.2 随机碰撞模型
• 1.5 课题的目的和意义
• 1.6 本论文的主要工作
• 第2章 声波凝聚的数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 驻波声场中油雾颗粒的受力分析
• 2.3 颗粒之间的黏性力的产生
• 2.3.1 范德华力
• 2.3.2 静电力
• 2.3.3 表面张力
• 2.4 声波凝聚的动力学模型
• 2.5 颗粒碰撞的基本理论
• 2.5.1 液滴在流动过程中的碰撞凝聚
• 2.5.2 碰撞凝聚引起的大颗粒的质量变化
• 2.6 声波的夹带作用
• 2.7 声波同相凝聚模型
• 2.8 油雾对声波的散射和吸收
• 第3章 声波凝聚的CFD基础
• 3.1 引言
• 3.2 FLUENT软件概述
• 3.2.1 FLUENT软件的特点
• 3.2.2 FLUENT求解步骤
• 3.2.3 CFD仿真流程
• 3.3 声波凝聚的FLUENT模型
• 3.3.1 液滴破碎模型
• 3.3.2 声学模型
• 3.3.3 湍流模型
• 3.4 解算器的选择
• 3.4.1 分离解方法
• 3.4.2 耦合解方法
• 3.4.3 显式和隐式
• 3.5 边界条件的设置
• 3.6 声波凝聚仿真流程图
• 第4章 声波凝聚的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 影响声波凝聚的主要因素
• 4.3 声波凝聚的几何模型
• 4.4. 声波凝聚的数值模拟
• 4.4.1 声强对颗粒凝聚的影响
• 4.4.2 频率对颗粒凝聚的影响
• 4.4.3 凝聚时间对颗粒凝聚的影响
• 4.4.4 浓度对颗粒凝聚的影响
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢