本文選題：動態(tài)旋風分離器 + 數(shù)值模擬�。� 參考：《山東大學》2015年碩士論文

【摘要】：因為旋風分離器具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝成本低、操作維護簡便、性能穩(wěn)定等優(yōu)點,自問世以來就在諸如,火力發(fā)電廠、焚燒廠、礦石冶煉廠、砂廠、水泥廠、粉體加工廠等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。日益嚴苛的性能要求限制了普通旋風分離器的進一步發(fā)展,在過去的幾十年中,大批學者在提高旋風分離器性能方面從事基礎研究,這些工作基本上可以分成兩部分：一方面,一些學者致力于改善旋風分離器的相關(guān)配置和幾何形狀；另一方面,一些學者開始在旋風分離器相關(guān)研究中添加額外的部件。本文延續(xù)加入額外部件的研究思路,在普通旋風分離器中增加了旋轉(zhuǎn)葉片,設計了一種高效的動態(tài)旋風分離器,其分離性能與普通旋風分離器相比顯著改善。在第2章中,使用Gambit軟件對動態(tài)旋風分離器進行建模和網(wǎng)格劃分,通過Fluent軟件設置基本守恒方程、湍流模型、顆粒相模型、旋轉(zhuǎn)模型及邊界條件。進而研究了入口氣速、葉片轉(zhuǎn)速及葉片結(jié)構(gòu)對動態(tài)旋風分離器裝置切向速度場、壓降分布和分離效率的影響。模擬結(jié)果表明,在某些試驗工況下,動態(tài)旋風分離器分離性能遠遠優(yōu)于普通旋風分離器,但動態(tài)旋風分離器的壓降與普通旋風分離器相比也存在一定程度的提高。在第3章中,通過試驗的方法驗證了第2章中數(shù)值模擬計算模型的準確性。在實驗室中搭建了試驗臺架,進口氣速由導流閥門控制,通過ZRQF系列F30J型熱球式風速儀測量；進出口總壓通過SYT2000型數(shù)字微壓計配合AS-T-1型皮托管測量；SAG 410氣溶膠發(fā)生器控制顆粒的給料量;ELPI (Electrical Low Pressure Impactor)對動態(tài)旋風分離器進出口氣體中不同粒徑顆粒的質(zhì)量分布進行分別測量,從而獲得相應單一粒徑顆粒的分級分離效率。試驗結(jié)果與模擬結(jié)果相比略有差異,文中分析了產(chǎn)生偏差的可能原因,但總體而言,試驗和模擬結(jié)果之間有相同的變化趨勢。在第4章中,基于響應面分析和期望函數(shù)的多目標優(yōu)化原理,使用Design-Expert這一軟件對動態(tài)旋風分離器的葉片結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。文中把裝置的葉片結(jié)構(gòu)提煉為葉片長度、葉片個數(shù)和葉片傾角三個變量,通過Box-Behnken原理設計了響應面試驗組,分別進行了變量分析、主效果分析、Pareto圖分析和獨立變量效果分析,進一步通過期望函數(shù)多目標優(yōu)化方法獲得的最優(yōu)葉片結(jié)構(gòu)能同時滿足較高的分離效率和較低的裝置壓降。最后根據(jù)最優(yōu)結(jié)構(gòu)重新進行建模計算,模擬結(jié)果與預測結(jié)果之間的偏差在3%以內(nèi),證明了響應面分析和期望函數(shù)多目標優(yōu)化方法能夠較好的優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu),具有一定的工業(yè)應用價值。文章的最后對數(shù)值模擬與試驗研究中獲得的關(guān)于切向速度場、裝置壓降、分離效率,以及裝置結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化等方面的相關(guān)結(jié)論進行了總結(jié),分析了研究中存在的部分問題,并對課題的發(fā)展方向提出了展望。
[Abstract]:Since the cyclone separator has the advantages of simple structure, low installation cost, easy operation and maintenance, and stable performance, it has been used since its inception in thermal power plants, incinerators, ore smelters, sand plants, cement plants, etc. Powder processing plants and other fields play a pivotal role. The further development of conventional cyclone separators has been limited by increasingly stringent performance requirements. In the past few decades, a large number of scholars have been engaged in basic research on improving the performance of cyclone separators, which can be basically divided into two parts: on the one hand, Some scholars focus on improving the configuration and geometry of cyclone separators; on the other hand, some scholars have begun to add additional components to cyclone separators. In this paper, the idea of adding extra parts is continued, the rotating blade is added to the ordinary cyclone separator, and an efficient dynamic cyclone separator is designed. The separation performance of the cyclone separator is obviously improved compared with that of the ordinary cyclone separator. In chapter 2, the dynamic cyclone separator is modeled and meshed with Gambit software. The basic conservation equation, turbulence model, particle phase model, rotation model and boundary conditions are set up by Fluent software. Furthermore, the effects of inlet gas velocity, blade speed and blade structure on tangential velocity field, pressure drop distribution and separation efficiency of dynamic cyclone separator were studied. The simulation results show that the separation performance of the dynamic cyclone separator is much better than that of the ordinary cyclone separator under some test conditions, but the pressure drop of the dynamic cyclone separator is also improved to some extent compared with the ordinary cyclone separator. In chapter 3, the accuracy of the numerical simulation model in chapter 2 is verified by experimental method. A test stand was set up in the laboratory. The inlet gas velocity was controlled by the flow guide valve and measured by ZRQF series F30J hot ball anemometer. The total pressure of import and export is measured by SYT2000 digital microbarometer and AS-T-1 type skin tube to measure the feed quantity of particles controlled by SAG410 aerosol generator. The mass distribution of different particle sizes in the inlet and outlet gas of the dynamic cyclone separator is measured separately by ELPI / Electrical Low Pressure Impactor). Thus, the fractionation efficiency of the single particle size was obtained. There is a slight difference between the experimental results and the simulation results. The possible causes of the deviation are analyzed in this paper, but in general, there is the same trend of variation between the experimental and simulated results. In Chapter 4, based on the principle of multi-objective optimization of response surface analysis and expected function, the blade structure of dynamic cyclone separator is optimized by using Design-Expert software. In this paper, the blade structure of the device is abstracted into three variables: blade length, number of blades and blade inclination. Response surface test group is designed by Box-Behnken principle, and variable analysis, main effect analysis and independent variable effect analysis are carried out respectively. Furthermore, the optimal blade structure obtained by the expected function multi-objective optimization method can satisfy both higher separation efficiency and lower device pressure drop. Finally, according to the optimal structure, the deviation between the simulation results and the prediction results is less than 3%. It is proved that the response surface analysis and the multi-objective optimization method of expected function can better optimize the device structure. It has certain industrial application value. At the end of the paper, the conclusions about tangential velocity field, device pressure drop, separation efficiency and structure size optimization obtained from numerical simulation and experimental study are summarized, and some problems existing in the research are analyzed. The prospect of the development of the project is also put forward.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.8

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本文編號：1945173