隨著工業(yè)裝置的大型化,含塵氣體處理量也日漸增大,對旋風分離器的處理能力也提出了更高的要求。而旋風分離器由于內外旋渦的相互擾動明顯,導致放大效應顯著。本文采用數(shù)值模擬的方法,對α型旋風分離器內部流場、局部渦及顆粒運動軌跡隨直徑增大的變化規(guī)律進行了研究,并提出了結構改進措施。研究工作為對旋風分離器的工業(yè)放大及優(yōu)化設計提供理論依據。主要研究結論如下:（1）對筒體直徑分別為80mm、240mm、320mm、450mm和1000mm的α型旋風分離器進行數(shù)值模擬,結果表明,在相同的進口氣速條件下,隨著直徑增大旋風分離器呈現(xiàn)以下變化規(guī)律:切向速度逐漸減小,軸向速度分布由倒“V”型變?yōu)榈埂癢”型;錐體段內局部渦流明顯增多,最大局部渦的大小由15mm增加到136mm;旋風分離器中心渦核的最大偏離距離由4.27mm增大到48.55mm,且有向排塵口靠近的趨勢;排氣管底端的“短路流”、排塵口附近的擺尾現(xiàn)象加劇,這都使旋風分離器流場穩(wěn)定性變差,降低了顆粒的分離效率。（2）隨著筒體直徑的增大,壓降呈增大趨勢。對分級效率的數(shù)值模擬結果表明:相同粒徑顆粒的分離效率隨旋風分離器直徑增大而降低。旋風分離器的放大效應,對... 

【文章來源】：青島科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

縮口式進氣管Fig.1-2Retractableinletpipe

直鷂?4o、20o、25o、30o、34o，研究發(fā)現(xiàn)：氣體處理量相同時，進氣口收縮角度越大，切向速度越大，下行流軸向速度越大，壓降也逐漸升高，但顆粒分離效率先增大后減小，存在最優(yōu)的進氣口收縮角度為30o。李華標[35]對不同進氣口角度的蝸殼式旋風分離器進行數(shù)值模擬，進氣口角度分別為0o、10o、20o、30o，研究表明：隨著進氣口角度的增大，切向速度呈增大趨勢，頂端滯留層厚度減小到5mm，短路流的流率減小為8.99%；當進氣口在20o~30o范圍內時，壓降驟增，但分離效率增大不明顯，所以存在一個最優(yōu)進氣口角度。圖1-2縮口式進氣管圖1-3具有彎曲角度的進氣管Fig.1-2RetractableinletpipeFig.1-3InletpipewithcurvedAngle1.4.2排氣管結構改進Hesham[36]通過Fluent軟件研究發(fā)現(xiàn)排氣管直徑對壓降的影響較大，當排氣管直徑與筒體直徑比值為0.3~0.7時，旋風分離器的分離效果最佳。Brar等[37]研究發(fā)現(xiàn)排氣管直徑減小使得旋風分離器的分離效率升高、壓降降低。Gao等[38]發(fā)現(xiàn)排氣管直徑的減小使旋風分離器內切向速度減小，但是壓降降低。高助威等[8]通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，旋風分離器內渦核的擺動并不是隨著排氣管直徑的增加越來越劇烈，渦核中心的偏心距是先增大后減小最后趨于穩(wěn)定，所以存在一個合適的排氣管直徑的值，使得流場更加穩(wěn)定，有助于分離效率的提高。Zhu等[39]研究了旋風分離器排氣管長度對分離性能的影響，發(fā)現(xiàn)排氣管的長度和插入深度對分離效率都有較大的影響。Farzad等[40]通過研究排氣管偏置對旋風分離器分離特性的影響，發(fā)現(xiàn)相對于筒體的中心軸線，排氣管的偏置會導致壓降的增加同時降低分離效率。陳曉波[41]采用RSM模型和DPM模型對不同排氣管結構的旋風分離器進行數(shù)值模擬，排氣管結構分別為圓管型、內縮型和內擴型，研究發(fā)現(xiàn)當排氣管直徑

α型旋風分離器放大效應研究及結構優(yōu)化14圖1-4α型旋風分離器結構示意圖Fig.1-4Schematicdiagramofα-typecycloneseparator1.7本文研究目的和內容1.7.1研究目的旋風分離器放大效應顯著的問題，使得其對顆粒的分離效果不理想，不能滿足當前工業(yè)對其性能的要求。α型旋風分離器特殊的螺旋頂蓋結構設計，能有效的消除頂部的上灰環(huán)，與常規(guī)的旋風分離器相比，α型旋風分離器的分離效率明顯提高，能更加廣泛的應用于各個領域，但在大處理量的工業(yè)要求下，仍存在放大效應顯著的問題。本文通過數(shù)值模擬的方法對α型旋風分離器放大效應進行研究，對旋風分離器放大效應獲得更深的認識，并優(yōu)化設計α型旋風分離器結構，改善放大效應，強化氣固分離過程，達到提高大直徑旋風分離器分離效率的目的，為旋風分離器的優(yōu)化設計以及工業(yè)應用提供參考。1.7.2研究內容本文運用ANSYSWorkbench、Fluent、SolidWorks、AutoCAD等建模及模擬軟件，通過對α型旋風分離器內速度、壓力以及顆粒運動軌跡進行研究分析來考察造成旋風分離器放大效應的內在機理，并結合研究結果對旋風分離器進行了結構改進，開發(fā)了一種新型旋風分離器。主要研究內容為：(1)研究確定了適合α型旋風分離器數(shù)值模擬的湍流模型、離散格式、壓力插補格式、壓力-速度耦合算法和顆粒相模擬方法，進行模型的可靠性驗證，保證數(shù)值模擬的正確性以及精確度。

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]一種內置旋流葉片的新型旋風分離器[J]. 楊昌智,彭紅,商宇軒,劉倩.  流體機械. 2019(12)
[3]465t/h循環(huán)流化床鍋爐分離器中心筒改造探究[J]. 黃源珣.  工程建設與設計. 2019(23)
[4]新型高效低阻旋風分離器流場的數(shù)值分析[J]. 孫亞權,馮靜安,王衛(wèi)兵,喻俊志.  計算機仿真. 2020(11)
[5]基于多目標優(yōu)化精餾系統(tǒng)綜述[J]. 張莘,高偉,齊鳴,余文浩,王洪海.  化工進展. 2019(11)
[6]入口收縮角度對旋風分離器分離性能的影響[J]. 杜慧娟,王川保,馬紅和,崔志剛,王曉煒,馬素霞.  熱力發(fā)電. 2019(11)
[7]旋風分離器進氣管結構改進的數(shù)值模擬研究[J]. 樂敏.  流體機械. 2019(10)
[8]基于Fluent的旋風分離器氣固兩相流數(shù)值模擬[J]. 郝睿源.  新技術新工藝. 2019(10)
[9]圓柱段高度對Stairmand型旋風分離器性能的影響[J]. 陳啟東,雷英庶,張斌.  化工機械. 2019(05)
[10]基于CFD的旋風分離器短路流計算方法分析[J]. 滿林香.  數(shù)字技術與應用. 2019(09)

博士論文
[1]大型CFB鍋爐氣固流動若干關鍵性技術研究[D]. 陳繼輝.重慶大學 2008

碩士論文
[1]出入口結構及入口氣速對旋風分離器內旋流非穩(wěn)態(tài)特性的影響[D]. 董振洲.太原理工大學 2019
[2]基于響應曲面法的旋風分離器結構優(yōu)化研究[D]. 熊攀.武漢科技大學 2019
[3]基于數(shù)值模擬的蝸殼式旋風分離器入口結構優(yōu)化[D]. 李華標.廈門大學 2018
[4]入口結構及氣速對旋風分離器內旋流非穩(wěn)態(tài)特性的影響[D]. 王璐.太原理工大學 2018
[5]基于數(shù)值模擬的旋風分離器優(yōu)化與內部短路流算法研究[D]. 陳曉波.廈門大學 2017
[6]科氏力作用下旋風分離器內顆粒運動規(guī)律的研究[D]. 羅驍.蘭州理工大學 2017
[7]旋風分離器壁面沖蝕磨損研究及防磨性能優(yōu)化[D]. 鄒康.西南石油大學 2016
[8]旋風分離器顆粒藏量和沖蝕磨損研究[D]. 何興建.中國石油大學(北京) 2016



本文編號：3614674