【摘要】：旋風(fēng)分離器因結(jié)構(gòu)簡單、分離效率高、可連續(xù)操作等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。旋風(fēng)分離器內(nèi)部流場為復(fù)雜的三維強(qiáng)旋湍流流場,具有明顯的動態(tài)特性,主要表現(xiàn)為流場的速度和壓力值隨時間不斷發(fā)生變化,即流場的不穩(wěn)定性,這種不穩(wěn)定性變化會直接影響到顆粒的分離和擴(kuò)散,從而降低旋風(fēng)分離器的分離效率,最終影響整個裝置的性能。因此,深入研究旋風(fēng)分離器內(nèi)流場的動態(tài)特性具有重要意義。本文采用實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法考察了旋風(fēng)分離器流場不同位置壓力的波動,對比了雷諾應(yīng)力模型和大渦模擬兩種數(shù)值模擬方法的預(yù)測情況,探究壓力波動的來源,描繪了渦核中心的運(yùn)動軌跡,同時分析了入口氣速變化對流場壓力波動的影響。結(jié)果表明,旋風(fēng)分離器流場的壓力在中心區(qū)域波動較大,外部區(qū)域波動較小。壓力波動有兩個主頻,一個是存在于流場全空間的主頻,一個是出現(xiàn)在錐體下端中心以及灰斗上端中心區(qū)域附近的局部主頻。局部主頻是由渦核中心圍繞旋風(fēng)分離器幾何中心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動造成,該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動使得流場呈現(xiàn)準(zhǔn)周期性波動的特征。全空間主頻也是由渦核中心位置的旋轉(zhuǎn)引起,但與錐體下端渦核中心的旋轉(zhuǎn)并不同步。入口氣速越大,壓力波動越劇烈,全空間主頻幾乎不隨入口氣速的改變發(fā)生變化,而局部主頻會隨著氣速的增加成線性增大;同時局部主頻分布區(qū)域會隨入口氣速增大而有所擴(kuò)大。筒錐型旋風(fēng)分離器流場的主頻與雷諾數(shù)有關(guān)。流場數(shù)值計(jì)算表明大渦模擬在流場不對稱、二次渦、壓力波動方面的預(yù)測精度高于雷諾應(yīng)力模型。研究結(jié)果進(jìn)一步提高了對流場不穩(wěn)定性的認(rèn)識。
【圖文】：

圖 2.2 兩種不同排氣管直徑下分離空間（左）和灰斗（右）的切向速度和軸向速度分布Fig.2.2 Tangential and axial velocities in separationspace(left) and dust hopper(right) with differentdiameters of vortex finder圖 2.3 旋風(fēng)分離器內(nèi)靜壓分Fig.2.3 The static pressurecyclone separator旋風(fēng)分離器內(nèi)流場的靜壓分布在軸向方向上各部分區(qū)域彼此差別較小，上具有良好的對稱特性。靜壓大小主要由切向速度決定。吳小林[5]利用五孔球測量旋風(fēng)分離器流場的靜壓如圖2.3，內(nèi)旋流的靜壓比較低，外旋流的靜壓比較靜壓隨半徑的增大而升高。（2）數(shù)值模擬在旋風(fēng)分離器內(nèi)流場的數(shù)值計(jì)算方面，RSM 模型和 LES 方法被證實(shí)能夠地預(yù)測旋風(fēng)分離器流場時均速度和壓力分布。胡王樂元[7]采用 RSM 對蝸殼式旋離器內(nèi)三維強(qiáng)旋湍流流動進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明在分離空間和灰斗空間擬值與實(shí)測值吻合較好；在環(huán)形空間內(nèi)模擬值也與實(shí)測值接近，且此部分流明顯的非軸對稱性，表明數(shù)值模擬結(jié)果的合理性。吳小林等[8]對 PV 型旋風(fēng)分內(nèi)的三維流場進(jìn)行了 RSM 數(shù)值模擬，預(yù)測了分離器內(nèi)的速度和靜壓分布。發(fā)

[5]利用五孔球探針測量旋風(fēng)分離器流場的靜壓如圖2.3，內(nèi)旋流的靜壓比較低，外旋流的靜壓比較高，靜壓隨半徑的增大而升高。（2）數(shù)值模擬在旋風(fēng)分離器內(nèi)流場的數(shù)值計(jì)算方面，RSM 模型和 LES 方法被證實(shí)能夠較好地預(yù)測旋風(fēng)分離器流場時均速度和壓力分布。胡王樂元[7]采用 RSM 對蝸殼式旋風(fēng)分離器內(nèi)三維強(qiáng)旋湍流流動進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明在分離空間和灰斗空間，，模擬值與實(shí)測值吻合較好；在環(huán)形空間內(nèi)模擬值也與實(shí)測值接近，且此部分流動有明顯的非軸對稱性，表明數(shù)值模擬結(jié)果的合理性。吳小林等[8]對 PV 型旋風(fēng)分離器內(nèi)的三維流場進(jìn)行了 RSM 數(shù)值模擬，預(yù)測了分離器內(nèi)的速度和靜壓分布。發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)分離器切向進(jìn)氣的非對稱性決定了流場的三維分布特性；各橫截面速度分布與和靜壓分布均具有較好的對稱性，相對軸心有些許偏心，徑向速度分布比較亂；切向速度分布可分為內(nèi)、外旋流區(qū)；軸向速度在中心處存在滯流和回流現(xiàn)象。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH69

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本文編號：2617054