本文關(guān)鍵詞：基于CFD的葉片式除霧器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：除霧器是一種工業(yè)生產(chǎn)中普遍使用的氣液分離設(shè)備,常用的除霧器有絲網(wǎng)除霧器、葉片式除霧器、旋流板除霧器和電除塵式除霧器。葉片式除霧器由于尺寸和結(jié)構(gòu)多種多樣,且具有除霧效率高、壓降低、允許氣速大、不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)而在化工分離中得到廣泛應(yīng)用。目前對除霧器的研究方法主要為實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬,實(shí)驗(yàn)方法因投入高、周期長、過程繁瑣而逐漸被數(shù)值模擬方法所取代。本文基于計(jì)算流體力學(xué)方法,利用ANSYSY Fluent軟件對葉片式除霧器的除霧流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,以提高除霧效率為目標(biāo),對葉片式除霧器的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。全文主要開展了以下幾個(gè)方面的工作：(1)對氣液分離技術(shù)的原理和應(yīng)用進(jìn)行了探討,對比分析了各類除霧器的應(yīng)用情況,并對葉片式除霧器的結(jié)構(gòu)和除霧原理進(jìn)行了分析研究,明確了影響除霧效率和壓降的主要因素；(2)以液滴顆粒在除霧流場內(nèi)的分離原理和氣液兩相流數(shù)值模擬方法為基礎(chǔ),建立了葉片式除霧器的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型,運(yùn)用Fluent對除霧流場進(jìn)行數(shù)值模擬,模擬時(shí)網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化的四邊形網(wǎng)格,液滴顆粒采用DPM模型計(jì)算,連續(xù)相甲烷湍流采用重整化k-ε模型,計(jì)算的離散格式選用二階迎風(fēng)格式；(3)對五種類型(流線型、流線型帶倒鉤、三角形折線型、折線型帶單集液槽和折線型帶雙集液槽)的葉片式除霧器進(jìn)行了對比分析研究,確定了葉片式除霧器的初步設(shè)計(jì)方案；(4)對葉片式除霧器在不同工藝參數(shù)下的除霧流場進(jìn)行了模擬計(jì)算,重點(diǎn)分析了葉片間距、葉片角度、葉片高度、集液槽長度、氣流速度和溫度對除霧效率和壓降的影響,繪制了各因素對除霧效率和壓降的影響曲線,并對該葉片式除霧器分離不同直徑液滴的處理能力進(jìn)行了分析,得到了較優(yōu)的參數(shù)組合；(5)利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法,合理確定了葉片式除霧器各設(shè)計(jì)參數(shù)的因素和水平,采用極差分析法對模擬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析,得到了各參數(shù)對除霧效率和壓降影響的主次順序,并對比確定了葉片式除霧器各參數(shù)的最佳值；(6)在研究范圍內(nèi)得到折線型帶單集液槽葉片式除霧器的最優(yōu)參數(shù)組合為：葉片間距25mm、葉片角度90°、葉片高度160mm、集液槽長度14mm、氣流速度3m/s、溫度100℃；論文的研究結(jié)果表明：葉片式除霧器對直徑大于15μm的顆粒有較好的處理能力；各因素對除霧效率的影響主次順序?yàn)椋喝~片角度葉片間距氣流速度葉片高度集液槽長度溫度；各因素對壓降的影響主次順序?yàn)椋簹饬魉俣热~片角度集液槽長度葉片間距溫度葉片高度；參數(shù)優(yōu)化后的葉片式除霧器可使除霧效率達(dá)到100%,與參數(shù)優(yōu)化前相比,除霧效率提高了19.42%。
【關(guān)鍵詞】：葉片式除霧器 除霧效率 壓降 優(yōu)化設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.8
【目錄】：

• 摘要3-5
• abstract5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 引言10
• 1.2 研究目的及意義10-11
• 1.3 葉片式除霧器研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.1 葉片式除霧器國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 葉片式除霧器國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線圖13-16
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容13-14
• 1.4.2 技術(shù)路線圖14-16
• 第2章 葉片式除霧器的理論分析16-26
• 2.1 氣液分離原理16-17
• 2.1.1 慣性碰撞分離16
• 2.1.2 重力沉降分離16
• 2.1.3 離心分離16-17
• 2.1.4 靜電吸引分離17
• 2.1.5 過濾分離17
• 2.2 除霧器分類與應(yīng)用17-21
• 2.2.1 絲網(wǎng)除霧器18
• 2.2.2 葉片式除霧器18-20
• 2.2.3 旋流板除霧器20-21
• 2.2.4 電除塵式除霧器21
• 2.3 葉片式除霧器性能衡量標(biāo)準(zhǔn)和影響因素21-23
• 2.3.1 葉片式除霧器性能衡量標(biāo)準(zhǔn)21-22
• 2.3.2 葉片式除霧器性能影響因素22-23
• 2.4 液滴在除霧流場中的運(yùn)動(dòng)23-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 葉片式除霧器數(shù)值模擬方法26-39
• 3.1 ANSYS Fluent介紹26-28
• 3.1.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析26-27
• 3.1.2 數(shù)值模擬27
• 3.1.3 Fluent軟件簡介27-28
• 3.2 除霧器數(shù)值模擬模型28-34
• 3.2.1 湍流模型的選取28-33
• 3.2.2 離散相模型33-34
• 3.3 幾何模型的建立與網(wǎng)格劃分34-36
• 3.3.1 幾何模型的建立34-35
• 3.3.2 網(wǎng)格劃分35-36
• 3.4 數(shù)值模擬計(jì)算條件36-37
• 3.4.1 模擬條件的簡化36-37
• 3.4.2 初始及邊界條件37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 第4章 葉片式除霧器流場數(shù)值模擬39-47
• 4.1 模擬條件39
• 4.1.1 計(jì)算流體介質(zhì)和計(jì)算條件39
• 4.1.2 除霧效率與壓降的確定39
• 4.2 五種葉片類型的除霧性能39-43
• 4.2.1 不同葉片類型的除霧效率分析40-42
• 4.2.2 不同葉片類型的壓降分析42-43
• 4.3 五種葉片類型除霧通道內(nèi)流場分布43-46
• 4.3.1 不同葉片類型除霧通道內(nèi)壓力分析43-44
• 4.3.2 不同葉片類型除霧通道內(nèi)速度分析44-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第5章 葉片式除霧器除霧性能研究47-82
• 5.1 不同葉片間距下除霧器除霧性能47-51
• 5.1.1 葉片間距對除霧效率的影響47-49
• 5.1.2 葉片間距對壓降的影響49-51
• 5.2 不同葉片角度下除霧器除霧性能51-55
• 5.2.1 葉片角度對除霧效率的影響51-53
• 5.2.2 葉片角度對壓降的影響53-55
• 5.3 不同葉片高度下除霧器除霧性能55-61
• 5.3.1 葉片高度對除霧效率的影響56-58
• 5.3.2 葉片高度對壓降的影響58-61
• 5.4 不同集液槽長度下除霧器除霧性能61-66
• 5.4.1 集液槽長度對除霧效率的影響61-63
• 5.4.2 集液槽長度對壓降的影響63-66
• 5.5 不同氣流速度下除霧器除霧性能66-71
• 5.5.1 氣流速度對除霧效率的影響66-68
• 5.5.2 氣流速度對壓降的影響68-71
• 5.6 不同溫度下除霧器除霧性能71-75
• 5.6.1 溫度對除霧效率的影響71-73
• 5.6.2 溫度對壓降的影響73-75
• 5.7 除霧器對不同直徑液滴的分離能力75-80
• 5.7.1 除霧效率分析75-78
• 5.7.2 壓降分析78-80
• 5.8 本章小結(jié)80-82
• 第6章 葉片式除霧器工藝參數(shù)正交優(yōu)化設(shè)計(jì)82-91
• 6.1 正交設(shè)計(jì)簡介82-83
• 6.1.1 正交設(shè)計(jì)82
• 6.1.2 正交表的構(gòu)造82-83
• 6.2 葉片式除霧器工藝參數(shù)優(yōu)化正交試驗(yàn)83-86
• 6.2.1 影響因素和水平的選取83-84
• 6.2.2 試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析84
• 6.2.3 試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算分析84-86
• 6.3 葉片式除霧器工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)86-89
• 6.3.1 試驗(yàn)驗(yàn)證86
• 6.3.2 葉片式除霧器工藝參數(shù)優(yōu)化86-87
• 6.3.3 優(yōu)化參數(shù)下的除霧性能87-89
• 6.3.4 葉片式除霧器最優(yōu)工藝參數(shù)89
• 6.4 本章小結(jié)89-91
• 第7章 結(jié)論與建議91-93
• 7.1 結(jié)論91-92
• 7.2 建議92-93
• 致謝93-94
• 參考文獻(xiàn)94-99
• 附錄199-100

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：867536