窄进料旋风分离器分级性能的研究

论文摘要

为了探索新型清晰切割分级方法,本文以Stairmand型旋风分离器为对象进行了窄进料分级性能的模拟与实验研究。模拟软件采用FLUENT6.2,气相流场选用k-εRealizable模型,颗粒相采用随机轨道模型。实验设备直径0.1m,进口气速6～15m/s,物料选用碳酸钙颗粒,粒径在0.1～36μm之间。本文所做主要研究工作如下:⑴以切割粒径理论为基础,建立了求解d50的理论模型,其计算结果与实验结果的变化趋势基本一致。⑵利用FLUENT6.2对其内部流场进行了数值模拟,分析了窄进料轴向位置、径向位置、进料速率、主体气速、湍流模型、湍流度对采用窄进料操作的旋风分级器分级的影响。结果表明:与全进料方式相比,窄进料能够得到更高的分级效率和更好的分级精度,但提高不大。⑶利用相间耦合的随机轨道模型对窄进料操作的旋风分级器内的颗粒运动行为进行模拟,预测了不同粒径颗粒的运动轨迹,寻找颗粒相运动行为与流场的相互影响规律,阐述了窄进料分级的原理。结果表明,“短路流”、灰斗颗粒“返混”、“上灰环”等非理想因素是造成窄进料操作分级精度不高的主要原因。⑷实验考察了主体气速、进料方式及入口质量浓度等参数对分级的影响。结果表明:主体气速与进料速率差别不大时,分级效率和分级精度较高。就分级精度与分级效率而言,窄进料比全进料略好,而点进料最好。随着入口质量浓度的增大,分级精度与分级效率降低。分级次数的增加可以提高分级效果。⑸介绍了文丘里管进料的结构及分散机理,理论分析了文丘里管的进料原理,并且采用FLUENT软件对文丘里管内部的速度矢量、静压分布进行了模拟,进一步揭示了文丘里管进料原理。⑹改进了原有分级设备,对其内部流场进行简单模拟,分析了其y=0纵剖面的静压、动压、速度等高线分布图及速度矢量、颗粒运动轨迹分布图。⑺模拟了DS型、MC型与日本专利粉体分级机的内部流场与颗粒运动行为,分析了三种分级机y=0纵剖面的静压、动压、速度等高线分布图及速度矢量、流体迹线、颗粒运动轨迹分布图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 旋风式分级机研究进展
• 1.1.1 提高分级性能的理论研究
• 1.1.2 提高分级性能的具体措施
• 1.1.3 典型旋风式分级机
• 1.2 粉体分级研究概述
• 1.2.1 分级原理
• 1.2.2 分级机分类
• 1.2.3 分级指标
• 1.2.4 分级的关键问题
• 1.3 旋风分离器的理论发展
• 1.3.1 转圈理论
• 1.3.2 平衡轨道理论
• 1.3.3 横混理论
• 1.4 窄进料的理论研究
• 1.5 本论文的研究目的和内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究的主要内容
• 2 理论分析
• 2.1 结构尺寸
• 2.2 理论模型
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 窄进料位置的影响
• 2.3.2 窄进料宽度的影响
• 2.3.3 理论计算粒径分布
• 2.4 本章小节
• 3 数值模拟
• 3.1 CFD 软件概述
• 3.1.1 FLUENT 软件简介
• 3.1.2 GAMBIT 软件简介
• 3.2 几何模型建立与数值模拟方法选择
• 3.2.1 几何模型建立
• 3.2.2 计算方法的选择
• 3.2.3 模型的选择
• 3.2.4 求解器的选择
• 3.2.5 差分格式和压力插值格式的选择
• 3.2.6 压力-速度耦合方程的离散
• 3.2.7 边界条件设置
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 窄进料位置的影响
• 3.3.2 进料速率的影响
• 3.3.3 主体气速的影响
• 3.3.4 湍流模型的影响
• 3.3.5 湍流度的影响
• 3.4 本章小节
• 4 颗粒运动行为分析
• 4.1 旋风分级器内颗粒运动行为分析
• 4.2 同种粒径颗粒的运动轨迹
• 4.3 不同粒径颗粒运动轨迹
• 4.4 本章小结
• 5 实验研究
• 5.1 单级分级实验测试
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 实验流程
• 5.1.3 实验步骤
• 5.1.4 物料粒度分析
• 5.1.5 分级性能计算方法
• 5.1.6 结果分析与讨论
• 5.2 多级分级实验测试
• 5.2.1 多级分级工作流程
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 进料装置的研究
• 6.1 进料装置的理论研究
• 6.1.1 进料装置结构与分散机理
• 6.1.2 文丘里管的理论分析
• 6.1.3 压降计算
• 6.2 文丘里管的数值模拟
• 6.3 本章小节
• 7 设备改进
• 7.1 几何模型与网格划分
• 7.2 流场与颗粒运动轨迹模拟
• 7.3 分级效率
• 7.4 本章小节
• 8 典型旋风式分级机的模拟
• 8.1 DS 型分级机
• 8.1.1 DS 型分级机几何模型与网格划分
• 8.1.2 DS 型分级机的流场与颗粒运动轨迹模拟
• 8.1.3 分级效率
• 8.2 MC 型分级机
• 8.2.1 MC 型分级机几何模型与网格划分
• 8.2.2 MC 型分级机的流场与颗粒运动轨迹模拟
• 8.2.3 分级效率
• 8.3 日本粉体分级机
• 8.3.1 几何模型与网格划分
• 8.3.2 流场与颗粒运动轨迹模拟
• 8.3.3 分级效率
• 8.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 附录1 实验原料粒度测试数据
• 附录2 全进料实验粒度测试数据
• 附录3 窄进料实验粒度测试数据
• 附录4 点进料实验粒度测试数据
• 附录5 理论计算粒级效率MATLAB 编程
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录