立管式导流旋流叶轮净化装置的实验研究及数值分析

论文摘要

设计了一种新型立管式导流旋流叶轮净化装置,对净化装置的阻力和分离效率进行了实验研究,并利用CFD技术对立管式导流旋流叶轮净化装置内部的流体流动规律进行了数值模拟及分析计算。 设计了两类导流旋流叶轮,组成12种不同结构型式导流旋流净化装置。实验研究了旋流叶轮的叶片数、叶片倾角及导流芯棒长度对净化装置阻力损失和分离效率的影响,找到了导流旋流净化装置的主要性能参数随导流旋流叶轮结构参数变化的规律。 利用CFD技术,基于FLUENT软件,采用两方程Realizable κ-ε湍流模型和离散相模型（Discrete Phase Model）,以实验数据作为模型边界条件、SIMPLE算法求解Navier-Stokes方程,对导流旋流叶轮叶片数12、叶片倾角30°,导流芯棒长度为叶轮外径尺寸的净化装置进行了数值模拟,计算结果与实验数据吻合较好。 对导流旋流净化装置内部两相流的速度场与压力场以及离散相颗粒运动规律进行了数值模拟,并计算出导流旋流叶轮阻力和离散相颗粒的分离效率。数值计算结果为导流旋流净化装置的研究提供了基础,对导流旋流净化装置结构的改进具有指导意义。数值计算方法丰富了两相旋流技术的研究。 利用实验结果和数值模拟计算结果,用Visual Basic编制了设计立管式导流旋流叶轮净化装置结构参数的可视化应用程序,为立管式导流旋流叶轮净化装置的实际设计应用提供参考。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 相关研究的发展和现状
• 1.2.1 旋流分离器的发展和现状
• 1.2.2 水力旋流器的发展和现状
• 1.2.3 旋流器数值模拟的发展与现状
• 1.2.4 CFD的发展现状
• 1.3 本课题研究的主要方向和任务
• 2 导流旋流净化装置的实验设计及测试方法
• 2.1 实验系统设计
• 2.1.1 实验段的设计
• 2.1.2 实验系统
• 2.1.3 实验流程
• 2.2 导流旋流净化装置的实验测试
• 2.2.1 实验测量参数
• 2.2.2 实验测定步骤
• 3 导流旋流净化装置的实验研究
• 3.1 实验数据处理
• 3.1.1 流量
• 3.1.2 净化装置阻力损失
• 3.1.3 净化装置分离效率
• 3.2 导流旋流净化装置的实验结果及分析
• 3.2.1 导流旋流叶轮各因素对净化装置阻力的影响
• 3.2.2 导流旋流叶轮各因素对净化装置分离效率的影响
• 3.3 实验结论
• 3.3.1 导流旋流净化装置阻力实验结论
• 3.3.2 导流旋流净化装置分离效率参数实验结论
• 3.3.3 小结
• 3.4 误差分析
• 3.4.1 实验数据误差基本分析
• 3.4.2 分离效率误差分析
• 4 导流旋流净化装置的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 模型的建立
• 4.2.1 物理模型的建立与网格的划分
• 4.2.2 数学模型的建立
• 4.3 导流旋流净化装置的数值模拟
• 4.3.1 导流旋流净化装置的模型验证
• 4.3.2 导流旋流净化装置数值模拟的可视化及分析
• 4.3.3 导流旋流净化装置的分离效率模拟
• 4.3.4 导流芯棒对分离效率影响分析
• 4.4 结论
• 5 立管式导流旋流净化装置的设计
• 5.1 A类导流旋流叶轮的立管式导流旋流净化装置参数设计
• 5.2 立管式导流旋流净化装置的可视化设计
• 6 结论
• 参考文献
• 读研期间发表的论文
• 附录
• 附录A 立管式导流旋流净化装置阻力实验数据
• 附录B 立管式导流旋流净化装置分离效率实验数据
• 附录C 立管式导流旋流净化装置设计可视化源程序
• 致谢