旋风分离器内流场及性能参数影响研究

论文摘要

旋风分离器是一种利用气固两相流体的旋转运动,使固体微粒在离心力的作用下从气流中分离出来的设备；旋风分离器内部进行的是两相流运动,是气相和固体颗粒相的分离过程,而固体颗粒的运动在很大程度上取决于气流的运动。因此,掌握分离器内部气体的运动规律,是揭示颗粒运动规律的先决条件。充分认识分离器内部流场的速度、压力分布规律,以及性能参数对分离效率的影响,对提高分离器的性能、改进分离器的结构,具有重要的意义本文利用ANSYS软件,以CLK型旋风分离器为研究对象,建立了物理模型,确定了合理的计算区域和边界条件,得到合理的计算网格文件；经过分析比较,确定了合适的数值模拟方案；利用RNG k-ε湍流模型对旋风分离器气相流场进行了数值模拟,根据模拟分析,主要得出如下结论：（1）分离器内的气相主流是双层旋转流：在外侧下行流区,随着半径的增大,气体的流速也逐渐减小；在内侧的上行区域,中心处的流速较大四周的流速相对较小。切向速度在径向分布上是外径区域速度大,内径区域速度较小,它的分布具有组合涡的特点,中间是准强制涡,外部是准自由涡。（2）分离器内流场的湍动能和湍动能耗散率两者沿半径方向基本上呈轴对称分布,在分离器上部分圆柱段分离空间的环形区域内最大；分离器内,进口部分的总压最高,排气管内总压最低；气流温度的分布与流场分布有着密切关系（3）入口气流速度越大,压降越大；排气管的插入深度越大,压降越大；排气管的直径和入口气流温度越大,压降越小。本文的研究结论为优化CLK型旋风分离器的结构、使分离器的压降进一步减少,以降低能耗,提供了重要的参考,具有一定的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 基本结构和工作原理
• 1.2 研究背景和发展概况
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 发展概况
• 1.3 旋风分离器内气相数值模拟研究的进展
• 1.4 对旋风分离器内的压损与减阻方面研究情况进展
• 1.5 对CLK型旋风分离器的研究现状
• 1.6 旋风分离器的性能指标
• 1.7 本课题的研究内容
• 第2章 流场数值模拟的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 湍流流动的数值模拟方法
• 2.3 适用于旋风分离器流场计算的几种湍流模型
• 2.3.1 标准k-ε模型
• 2.3.2 RNG k-ε模型
• 2.3.3 雷诺应力模型（RSM）
• 2.4 离散方法
• 2.5 SIMPLE算法的基本思想
• 第3章 旋风分离器的数值模拟理论基础
• 3.1 有限元软件ANSYS简介
• 3.2 ANSYS/FLOTRAN模块简介
• 3.2.1 ANSYS/FLOTRAN流场分析的功能
• 3.2.2 FLOTRAN单元的特点
• 3.2.3 FLUID单元的其他特征
• 3.2.4 ANSYS FLOTRAN流场分析的主要步骤
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.3.1 计算模型的几何结构
• 3.3.2 三维计算域的分区组合网格生成
• 3.3.3 边界与初始条件
• 3.3.4 FLOTRAN求解分析设置
• 第4章 分离器内单相流场的数值模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 湍流模型的选取
• 4.3 模拟流场的速度分布
• 4.3.1 切向速度分布
• 4.3.2 轴向速度分布
• 4.3.3 径向速度分布
• 4.4 流场的湍动能和湍动能耗散率分析
• 4.5 分离器内压降的研究
• 4.6 分离器内温度的分布
• 4.7 小结
• 第5章 分离器性能参数影响的模拟分析
• 5.1 引言
• 5.2 入口速度对压降的影响
• 5.3 温度对压降的影响
• 5.4 排气管插入深度对分离器压降的影响
• 5.5 排气管直径的大小对分离器压降的影响
• 5.6 小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢