隨著工業(yè)裝置的大型化,含塵氣體處理量也日漸增大,對(duì)旋風(fēng)分離器的處理能力也提出了更高的要求。而旋風(fēng)分離器由于內(nèi)外旋渦的相互擾動(dòng)明顯,導(dǎo)致放大效應(yīng)顯著。本文采用數(shù)值模擬的方法,對(duì)α型旋風(fēng)分離器內(nèi)部流場(chǎng)、局部渦及顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡隨直徑增大的變化規(guī)律進(jìn)行了研究,并提出了結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施。研究工作為對(duì)旋風(fēng)分離器的工業(yè)放大及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)論如下:（1）對(duì)筒體直徑分別為80mm、240mm、320mm、450mm和1000mm的α型旋風(fēng)分離器進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明,在相同的進(jìn)口氣速條件下,隨著直徑增大旋風(fēng)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(nèi)局部渦流明顯增多,最大局部渦的大小由15mm增加到136mm;旋風(fēng)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(shì);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(fēng)分離器流場(chǎng)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(shì)。對(duì)分級(jí)效率的數(shù)值模擬結(jié)果表明:相同粒徑顆粒的分離效率隨旋風(fēng)分離器直徑增大而降低。旋風(fēng)分離器的放大效應(yīng),對(duì)... 

【文章來源】：青島科技大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

縮口式進(jìn)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(shí)，進(jìn)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(jìn)氣口收縮角度為30o。李華標(biāo)[35]對(duì)不同進(jìn)氣口角度的蝸殼式旋風(fēng)分離器進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)氣口角度分別為0o、10o、20o、30o，研究表明：隨著進(jìn)氣口角度的增大，切向速度呈增大趨勢(shì)，頂端滯留層厚度減小到5mm，短路流的流率減小為8.99%；當(dāng)進(jìn)氣口在20o~30o范圍內(nèi)時(shí)，壓降驟增，但分離效率增大不明顯，所以存在一個(gè)最優(yōu)進(jìn)氣口角度。圖1-2縮口式進(jìn)氣管圖1-3具有彎曲角度的進(jìn)氣管Fig.1-2RetractableinletpipeFig.1-3InletpipewithcurvedAngle1.4.2排氣管結(jié)構(gòu)改進(jìn)Hesham[36]通過Fluent軟件研究發(fā)現(xiàn)排氣管直徑對(duì)壓降的影響較大，當(dāng)排氣管直徑與筒體直徑比值為0.3~0.7時(shí)，旋風(fēng)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(fēng)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(fēng)分離器內(nèi)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(fēng)分離器內(nèi)渦核的擺動(dòng)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(gè)合適的排氣管直徑的值，使得流場(chǎng)更加穩(wěn)定，有助于分離效率的提高。Zhu等[39]研究了旋風(fēng)分離器排氣管長(zhǎng)度對(duì)分離性能的影響，發(fā)現(xiàn)排氣管的長(zhǎng)度和插入深度對(duì)分離效率都有較大的影響。Farzad等[40]通過研究排氣管偏置對(duì)旋風(fēng)分離器分離特性的影響，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于筒體的中心軸線，排氣管的偏置會(huì)導(dǎo)致壓降的增加同時(shí)降低分離效率。陳曉波[41]采用RSM模型和DPM模型對(duì)不同排氣管結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器進(jìn)行數(shù)值模擬，排氣管結(jié)構(gòu)分別為圓管型、內(nèi)縮型和內(nèi)擴(kuò)型，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)排氣管直徑

α型旋風(fēng)分離器放大效應(yīng)研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化14圖1-4α型旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-4Schematicdiagramofα-typecycloneseparator1.7本文研究目的和內(nèi)容1.7.1研究目的旋風(fēng)分離器放大效應(yīng)顯著的問題，使得其對(duì)顆粒的分離效果不理想，不能滿足當(dāng)前工業(yè)對(duì)其性能的要求。α型旋風(fēng)分離器特殊的螺旋頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能有效的消除頂部的上灰環(huán)，與常規(guī)的旋風(fēng)分離器相比，α型旋風(fēng)分離器的分離效率明顯提高，能更加廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但在大處理量的工業(yè)要求下，仍存在放大效應(yīng)顯著的問題。本文通過數(shù)值模擬的方法對(duì)α型旋風(fēng)分離器放大效應(yīng)進(jìn)行研究，對(duì)旋風(fēng)分離器放大效應(yīng)獲得更深的認(rèn)識(shí)，并優(yōu)化設(shè)計(jì)α型旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)，改善放大效應(yīng)，強(qiáng)化氣固分離過程，達(dá)到提高大直徑旋風(fēng)分離器分離效率的目的，為旋風(fēng)分離器的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及工業(yè)應(yīng)用提供參考。1.7.2研究?jī)?nèi)容本文運(yùn)用ANSYSWorkbench、Fluent、SolidWorks、AutoCAD等建模及模擬軟件，通過對(duì)α型旋風(fēng)分離器內(nèi)速度、壓力以及顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行研究分析來考察造成旋風(fēng)分離器放大效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理，并結(jié)合研究結(jié)果對(duì)旋風(fēng)分離器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，開發(fā)了一種新型旋風(fēng)分離器。主要研究?jī)?nèi)容為：(1)研究確定了適合α型旋風(fēng)分離器數(shù)值模擬的湍流模型、離散格式、壓力插補(bǔ)格式、壓力-速度耦合算法和顆粒相模擬方法，進(jìn)行模型的可靠性驗(yàn)證，保證數(shù)值模擬的正確性以及精確度。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]一種內(nèi)置旋流葉片的新型旋風(fēng)分離器[J]. 楊昌智,彭紅,商宇軒,劉倩.  流體機(jī)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(shè)與設(shè)計(jì). 2019(23)
[4]新型高效低阻旋風(fēng)分離器流場(chǎng)的數(shù)值分析[J]. 孫亞權(quán),馮靜安,王衛(wèi)兵,喻俊志.  計(jì)算機(jī)仿真. 2020(11)
[5]基于多目標(biāo)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(jìn)展. 2019(11)
[6]入口收縮角度對(duì)旋風(fēng)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)
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博士論文
[1]大型CFB鍋爐氣固流動(dòng)若干關(guān)鍵性技術(shù)研究[D]. 陳繼輝.重慶大學(xué) 2008

碩士論文
[1]出入口結(jié)構(gòu)及入口氣速對(duì)旋風(fēng)分離器內(nèi)旋流非穩(wěn)態(tài)特性的影響[D]. 董振洲.太原理工大學(xué) 2019
[2]基于響應(yīng)曲面法的旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D]. 熊攀.武漢科技大學(xué) 2019
[3]基于數(shù)值模擬的蝸殼式旋風(fēng)分離器入口結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]. 李華標(biāo).廈門大學(xué) 2018
[4]入口結(jié)構(gòu)及氣速對(duì)旋風(fēng)分離器內(nèi)旋流非穩(wěn)態(tài)特性的影響[D]. 王璐.太原理工大學(xué) 2018
[5]基于數(shù)值模擬的旋風(fēng)分離器優(yōu)化與內(nèi)部短路流算法研究[D]. 陳曉波.廈門大學(xué) 2017
[6]科氏力作用下旋風(fēng)分離器內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究[D]. 羅驍.蘭州理工大學(xué) 2017
[7]旋風(fēng)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(xué) 2016
[8]旋風(fēng)分離器顆粒藏量和沖蝕磨損研究[D]. 何興建.中國石油大學(xué)(北京) 2016



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