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(jiǎn)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(jiǎn)單,但是其除塵過(guò)程中筒體內(nèi)部的氣粒兩相流動(dòng)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(dòng)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(duì)于直徑大于10μm的顆粒分離效率已經(jīng)很高,然而對(duì)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(xiàng)參數(shù),提高其分離效率;實(shí)驗(yàn)法有投入資金大,消耗時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn),因而近年來(lái)越來(lái)越多的研究開(kāi)始選擇用數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)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(duì)旋風(fēng)分離器內(nèi)部的氣相流場(chǎng),氣粒兩相流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,模擬了氣體的流動(dòng)以及顆粒的分離過(guò)程,具體內(nèi)容為:一、通過(guò)對(duì)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(duì)其劃分網(wǎng)格,設(shè)置邊界條件;通過(guò)對(duì)不同模擬方法所得結(jié)果的對(duì)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(duì)旋風(fēng)分離器內(nèi)的氣相流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了分離器內(nèi)部的具體流動(dòng)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(chǎng)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(dòng)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(dòng)。三、對(duì)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(dòng)軌跡特點(diǎn):大粒徑比小粒徑的顆粒更容易被分離出來(lái),且入口處顆粒入射位置的不同對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度等各項(xiàng)參數(shù)對(duì)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(zhǎng)度的增大而減小。②旋風(fēng)分離器對(duì)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(zhǎng)度的增加增大呈現(xiàn)先增加后減的趨勢(shì)。本文通過(guò)以上的研究,為進(jìn)一步分析旋風(fēng)分離器內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài),提高其各項(xiàng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ051.8

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 魏耀東,劉仁桓,燕輝,時(shí)銘顯;蝸殼式旋風(fēng)分離器的磨損實(shí)驗(yàn)和分析[J];化工機(jī)械;2001年02期

2 程麗華,梁朝林;改進(jìn)型旋風(fēng)分離器的新應(yīng)用[J];石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào);2001年03期

3 張長(zhǎng)森;“導(dǎo)流口可調(diào)式雙出風(fēng)口旋風(fēng)分離器”產(chǎn)品通過(guò)鑒定[J];水泥工程;2002年01期

4 梁朝林;旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)改進(jìn)的研究[J];煉油設(shè)計(jì);2002年09期

5 蔡安江;旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)計(jì)算的研究[J];化工礦物與加工;2003年08期

6 張百麟;旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)技巧[J];石化技術(shù);2003年02期

7 李文東,王連澤;旋風(fēng)分離器內(nèi)流場(chǎng)的數(shù)值模擬及方法分析[J];環(huán)境工程;2004年02期

8 劉建平,陳旭;高效旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)[J];化工設(shè)計(jì)通訊;2004年04期

9 魏耀東,時(shí)銘顯;流化床旋風(fēng)分離器系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題[J];煉油技術(shù)與工程;2004年11期

10 魏新利,張海紅,王定標(biāo);旋風(fēng)分離器流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法研究[J];鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2005年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 謝秀英;張仲欣;殷勇;白崇仁;;旋風(fēng)分離器的分離原理及設(shè)計(jì)方法[A];中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)包裝與食品工程分會(huì)第四屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1995年

2 崔潔;陳雪莉;李昌劍;龔欣;王輔臣;;徑向入口旋風(fēng)分離器內(nèi)顆粒持料量研究[A];上海市化學(xué)化工學(xué)會(huì)2010年度學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

3 付雙成;孫國(guó)剛;高翠芝;郭廣軍;;防返混錐位置對(duì)旋風(fēng)分離器影響的數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究[A];中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)論文集（下）[C];2008年

4 高翠芝;孫國(guó)剛;馬強(qiáng);張娜娜;錢(qián)步仁;;入口濃度對(duì)旋風(fēng)分離器性能影響的試驗(yàn)研究[A];中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)論文集（下）[C];2008年

5 董瑞倩;孫國(guó)剛;高翠芝;;壓力對(duì)旋風(fēng)分離器性能影響的試驗(yàn)研究[A];中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

6 馬盛軍;靳丙秋;鞠學(xué)貞;張文豐;石永軍;;旋風(fēng)分離器的技術(shù)改造[A];浙江省化工學(xué)會(huì)成立五十周年慶祝大會(huì)暨第二屆�。ㄊ校╇H化學(xué)化工科技發(fā)展研討會(huì)論文集[C];2001年

7 李雙權(quán);孫國(guó)剛;時(shí)銘顯;;排氣管偏置對(duì)PV型旋風(fēng)分離器效率及壓降的影響[A];第七屆全國(guó)顆粒制備與處理學(xué)術(shù)暨應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2004年

8 嚴(yán)超宇;吳小林;盧春喜;高金森;時(shí)銘顯;;旋風(fēng)分離器內(nèi)渦核非穩(wěn)態(tài)特性的流體動(dòng)力學(xué)分析[A];第九屆全國(guó)化學(xué)工藝學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

9 劉成文;王連澤;;旋風(fēng)分離器內(nèi)能量耗損機(jī)理研究[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（下）[C];2005年

10 陳建義;時(shí)銘顯;;旋風(fēng)分離器壓降計(jì)算模型[A];中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)2006年年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 謝文艷邋閆華 白爭(zhēng)鳴;三級(jí)旋風(fēng)分離器技術(shù)達(dá)國(guó)際先進(jìn)[N];中國(guó)化工報(bào);2008年

2 謝文艷 閆華 白爭(zhēng)鳴;高效能設(shè)備達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平[N];中國(guó)職工科技報(bào);2008年

3 記者 謝文艷邋通訊員 閻華 白爭(zhēng)鳴;大慶石化機(jī)械廠研發(fā)成功高效能設(shè)備[N];中國(guó)石油報(bào);2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前9條

1 吳學(xué)智;入口高濃度條件下的旋風(fēng)分離器對(duì)比研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2011年

2 趙新學(xué);氣固兩相流對(duì)旋風(fēng)分離器壁面磨損機(jī)理的研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2010年

3 欒一剛;軸流旋風(fēng)分離器數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

4 張吉光;靜電旋風(fēng)分離器氣相流場(chǎng)的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D];東華大學(xué);2005年

5 錢(qián)付平;不同排塵結(jié)構(gòu)及操作條件旋風(fēng)分離器分離特性的研究[D];東南大學(xué);2006年

6 王海剛;旋風(fēng)分離器中氣—固兩相流數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2003年

7 M'BOUANA Noé-Landry-Privace;高濃度旋風(fēng)分離器氣固流動(dòng)與分離特性的數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

8 崔潔;分級(jí)式合成氣初步凈化系統(tǒng)中旋風(fēng)分離器的分離機(jī)理與結(jié)構(gòu)特性研究[D];華東理工大學(xué);2011年

9 朱治平;加壓循環(huán)流化床的實(shí)驗(yàn)與模型研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 廖磊;六個(gè)旋風(fēng)分離器并聯(lián)布置循環(huán)流化床的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2011年

2 李昌劍;分級(jí)式合成氣初步凈化系統(tǒng)中旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];華東理工大學(xué);2012年

3 夏欣;一種中低溫煤干餾工藝及設(shè)備結(jié)構(gòu)的研究[D];天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司;2015年

4 于洲;氣固兩相動(dòng)態(tài)旋風(fēng)分離的試驗(yàn)研究[D];山東大學(xué);2015年

5 劉鶴;旋風(fēng)分離器內(nèi)置渦核破碎翼的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值研究[D];蘭州大學(xué);2015年

6 唐守強(qiáng);基于CFD的旋風(fēng)分離器性能參數(shù)影響研究[D];山東理工大學(xué);2015年

7 汪林;旋風(fēng)分離器氣固兩相流數(shù)值模擬及性能分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

8 董棟棟;高溫高濃度旋風(fēng)分離器性能試驗(yàn)研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2008年

9 侯廣信;旋風(fēng)分離器高溫分離模型的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2008年

10 李戰(zhàn)國(guó);入口煙道布置方式對(duì)循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器性能影響的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）;2009年

，

本文編號(hào)：1696948