本文選題：旋風(fēng)分離器　切入點(diǎn)：CFD　出處：《山東理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：旋風(fēng)分離器是一種非常有效的粉塵分離設(shè)備,因其具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于冶金、石油、煤炭、環(huán)保、粉體等諸多領(lǐng)域。雖然旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)簡單,但是其除塵過程中筒體內(nèi)部的氣粒兩相流動非常復(fù)雜,尚未有成熟的理論能完全解釋旋風(fēng)分離器內(nèi)部的流動狀態(tài)和顆粒的分離機(jī)理�，F(xiàn)在常用的旋風(fēng)分離器對于直徑大于10μm的顆粒分離效率已經(jīng)很高,然而對于小于5μm的顆粒分離能力還是不如人意。故需要改進(jìn)優(yōu)化分離器的各項參數(shù),提高其分離效率;實(shí)驗法有投入資金大,消耗時間長等缺點(diǎn),因而近年來越來越多的研究開始選擇用數(shù)值計算的方法對旋風(fēng)分離器進(jìn)行模擬分析并優(yōu)化。本文利用CFD技術(shù),使用ANSYS ICEM—CFD、Fluent等軟件對旋風(fēng)分離器內(nèi)部的氣相流場,氣粒兩相流場進(jìn)行了數(shù)值計算,模擬了氣體的流動以及顆粒的分離過程,具體內(nèi)容為:一、通過對旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析,建立了旋風(fēng)分離器的三維模型,并對其劃分網(wǎng)格,設(shè)置邊界條件;通過對不同模擬方法所得結(jié)果的對比,得出了最適合于旋風(fēng)分離器的數(shù)值模擬方法:湍流模型選用雷諾應(yīng)力模型、離散格式選用二階離散格式、近壁面處理方法選用非平衡的壁面函數(shù)法。二、對旋風(fēng)分離器內(nèi)的氣相流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了分離器內(nèi)部的具體流動狀態(tài):旋風(fēng)分離器內(nèi)部速度分布為雙層旋轉(zhuǎn)流結(jié)構(gòu),外部為下行渦流,內(nèi)部為上行渦流,且在雙層渦交界處的速度值最大;分離器內(nèi)部的壓力場特點(diǎn)是中心處壓力低,兩邊壓力高,這是排氣管下口出現(xiàn)短路流的最主要原因;旋風(fēng)分離器內(nèi)部的湍流結(jié)構(gòu)顯示,其內(nèi)部的湍流脈動十分強(qiáng)烈,表現(xiàn)出強(qiáng)烈的各向異性,因此雷諾應(yīng)力模型較渦粘性模式適用于模擬此流動。三、對旋風(fēng)分離器內(nèi)的氣粒兩相流進(jìn)行了數(shù)值模擬,觀察了不同粒徑的顆粒及顆粒組的運(yùn)動軌跡特點(diǎn):大粒徑比小粒徑的顆粒更容易被分離出來,且入口處顆粒入射位置的不同對顆粒的運(yùn)動軌跡也有很大的影響。四、模擬分析了不同旋風(fēng)分離器進(jìn)口氣速、排氣管直徑、排氣管插入深度、圓柱段長度等各項參數(shù)對旋風(fēng)分離器性能的影響:①旋風(fēng)分離器的壓力損失隨著入口氣流速度及排氣管插入深度的增大而增大,隨排氣口直徑及圓柱段長度的增大而減小。②旋風(fēng)分離器對顆粒的分離效率隨著進(jìn)口速度及排氣管插入深度的增大而增大,隨著排氣口直徑及圓柱段的長度的增加增大呈現(xiàn)先增加后減的趨勢。本文通過以上的研究,為進(jìn)一步分析旋風(fēng)分離器內(nèi)部流動狀態(tài),提高其各項性能奠定了一定的基礎(chǔ)。
[Abstract]:Cyclone separator is a very effective dust separation equipment, because of its simple structure, low manufacturing cost, convenient maintenance and other advantages, it is widely used in metallurgy, petroleum, coal, environmental protection, etc. Although the structure of the cyclone separator is simple, the gas-particle two-phase flow inside the cylinder is very complicated during the dust removal process. There is no mature theory to fully explain the flow state and the separation mechanism of particles in the cyclone separator. However, the separation ability of particles less than 5 渭 m is still unsatisfactory. Therefore, it is necessary to improve the parameters of the separator and improve its separation efficiency. Therefore, in recent years, more and more researches have begun to use numerical calculation method to simulate and optimize the cyclone separator. In this paper, the gas flow field inside the cyclone separator is analyzed by using ANSYS ICEM-CFDF fluent and CFD technology. The gas-particle two-phase flow field is numerically calculated, and the gas flow and particle separation process are simulated. The main contents are as follows: first, by analyzing the structural characteristics of the cyclone separator, the three-dimensional model of the cyclone separator is established. By comparing the results of different simulation methods, the most suitable numerical simulation method for cyclone separator is obtained: the Reynolds stress model is used in the turbulent model, and the Reynolds stress model is used in the turbulent model. The second order discrete scheme is used in the discrete scheme, and the non-equilibrium wall function method is used in the near wall treatment. Secondly, the gas phase flow field in the cyclone separator is numerically simulated. The specific flow state in the separator is obtained: the velocity distribution in the cyclone separator is a double-layer rotating flow structure, the external vortex is a downward vortex, the inner is an upward vortex, and the velocity value is the largest at the junction of the two-layer vortex; The pressure field inside the separator is characterized by low pressure at the center and high pressure on both sides, which is the main reason for the short circuit flow at the bottom of the exhaust pipe. The turbulence structure inside the cyclone separator shows that the turbulence pulsation inside the separator is very strong. The Reynolds stress model is more suitable than the vortex-viscous model to simulate the flow. Thirdly, the gas-particle two-phase flow in the cyclone separator is numerically simulated. The characteristics of motion trajectories of particles with different particle sizes and groups of particles are observed. The large particle size is easier to be separated than the small particle size particles, and the different incident positions of the particles at the entrance also have a great influence on the motion trajectory of the particles. The inlet gas velocity of different cyclone separators, the diameter of exhaust pipe and the insertion depth of exhaust pipe are simulated and analyzed. The influence of Cylindrical length and other parameters on the performance of Cyclone Separator the pressure loss of the 1 / 1 cyclone separator increases with the increase of inlet flow velocity and the depth of exhaust pipe insertion. With the increase of outlet diameter and cylinder length, the particle separation efficiency of cyclone separator increases with the increase of inlet velocity and exhaust pipe insertion depth. With the increase of the diameter of the exhaust port and the length of the cylinder section, there is a tendency to increase first and then decrease. Through the above research, this paper lays a foundation for the further analysis of the flow state in the cyclone separator and the improvement of its performance.
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.8

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本文編號：1696948