本文選題：旋風(fēng)分離器 + 操作條件�。� 參考：《西南石油大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：多管旋風(fēng)分離器是一種氣固分離設(shè)備,因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于輸氣站場(chǎng)天然氣凈化處理工藝過(guò)程中。其核心分離元件是導(dǎo)葉式旋風(fēng)管,待處理氣體沿軸向進(jìn)入旋風(fēng)管后,在葉片的導(dǎo)向作用下將流體的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為切向運(yùn)動(dòng),利用氣固兩相的密度差完成氣固分離。輸氣站場(chǎng)主要使用的多管旋風(fēng)分離器一般由筒體直徑為50～150 mm的多個(gè)單管導(dǎo)葉式旋風(fēng)子并聯(lián)組成,與切向入口式結(jié)構(gòu)相比,具有占地面積小、處理氣量大等優(yōu)點(diǎn)。目前輸氣站場(chǎng)用多管旋風(fēng)分離器的除塵效果并不十分理想,一方面由于大量顆粒堆積在分離器內(nèi),在清管過(guò)程中可能造成堵塞；另一方面分離效率偏低,造成過(guò)濾分離器負(fù)荷大,濾芯更換頻繁,運(yùn)行成本高,同時(shí)還可能造成下游調(diào)壓、計(jì)量設(shè)備失效,運(yùn)行壽命減短。隨著社會(huì)對(duì)節(jié)能減排要求的不斷提高,不僅需要旋風(fēng)分離器有較高的分離效率,還要求較低的壓降。因此,本文利用數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的方法,以計(jì)算流體力學(xué)、多相流為理論依據(jù),對(duì)多管旋風(fēng)分離器的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行仿真分析,并研究了不同操作條件對(duì)分離性能的影響規(guī)律。同時(shí),對(duì)旋風(fēng)子的導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。該研究結(jié)果可為多管旋風(fēng)分離器的現(xiàn)場(chǎng)操作提供理論指導(dǎo),具體研究?jī)?nèi)容如下：首先,基于納維爾-斯托克斯方程和連續(xù)性方程,采用RNG k-ε湍流模型,運(yùn)用有限體積法,模擬、分析多管旋風(fēng)分離器內(nèi)部的氣相流場(chǎng),得到氣相流場(chǎng)的流動(dòng)規(guī)律。改變流體入口速度,研究其對(duì)各單管旋風(fēng)子進(jìn)氣均勻性的影響。隨后加入DPM離散相模型模擬兩相分離過(guò)程,并計(jì)算得到多管旋風(fēng)分離器的粒級(jí)分離效率和壓降。同時(shí),研究不同流體入口速度、顆粒直徑、顆粒密度、操作壓力和顆粒濃度下多管旋風(fēng)分離器的分離效率和壓降的變化規(guī)律,為現(xiàn)場(chǎng)操作提供理論指導(dǎo)。然后,利用單一變量法,按照同樣的操作條件,對(duì)單管旋風(fēng)子導(dǎo)向葉片的數(shù)量、厚度、葉片入口和流體入口截面距離、葉片出口角度、葉片包弧長(zhǎng)和葉片高度六個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析,得到分離效率和壓降隨各參數(shù)變化的規(guī)律及相應(yīng)方程。另外,還對(duì)三種不同導(dǎo)向葉片形狀(楔形、弧形和梭形)旋風(fēng)管的分離效率和壓降進(jìn)行了分析。通過(guò)這些研究,為單管旋風(fēng)子的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。最后,基于RSM曲面響應(yīng)法和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)導(dǎo)向葉片進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。建立以分離效率最大和壓降最小為目標(biāo)函數(shù),以導(dǎo)向葉片的葉片數(shù)量、葉片厚度、葉片包弧長(zhǎng)和葉片高度為設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)分離效率和壓降的二次響應(yīng)曲面的回歸分析,得到單管旋風(fēng)子導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)的響應(yīng)面模型,進(jìn)一步進(jìn)行最優(yōu)控制參數(shù)的求解,從而得到導(dǎo)向葉片的優(yōu)化模型。利用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的方法,測(cè)量單管旋風(fēng)子的粒級(jí)效率和壓降,并與數(shù)值模擬方法進(jìn)行對(duì)比,模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的符合度應(yīng)較好。本論文基于計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent,詳細(xì)研究了輸氣戰(zhàn)場(chǎng)用多管旋風(fēng)分離器的分離性能,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作具有指導(dǎo)意義。另外,結(jié)合RSM曲面響應(yīng)法的導(dǎo)向葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì),為提高旋風(fēng)管的分離性能提供參考。
[Abstract]:The invention relates to a multi - tube cyclone separator , which is a gas - solid separation device , and has the advantages of simple structure , high separation efficiency and the like , and is widely used in the process of natural gas purification treatment of gas transmission stations .
On the other hand , the separation efficiency and pressure drop of multi - tube cyclone separator are analyzed by means of numerical simulation and theoretical analysis . In this paper , the response surface model of a single tube cyclone guide vane structure is obtained through regression analysis of the secondary response surface of the separation efficiency and the pressure drop , and the optimization model of the guide vane is obtained . Based on the computational fluid mechanics software FLUENT , the separation performance of the multi - tube cyclone separator for the gas transmission battlefield is measured in detail , and the optimization model of the guide vane is obtained . In addition , the optimization design of the guide vane combined with RSM curved surface response method is used to provide reference for improving the separation performance of the cyclone tube .

【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE96

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本文編號(hào)：1731616