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煤粉捏合器内部流动数值模拟与优化

作　者: 程香
导　师: 陈志平
学　校: 浙江大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 煤粉捏合器煤液化固液混合槽计算流体力学(CFD) 数值模拟
分类号: TQ529
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 69次
引　用: 4次
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内容摘要

煤浆制备装置作为煤液化工艺初始阶段的关键设备直接影响到煤液化工艺的整个阶段。目前，用于煤液化的煤浆制备装置鲜有报道，随着煤液化项目的不断深入开展，对煤浆制备装置的研究迫在眉睫。国内外采用计算流体力学(CFD)方法对纵型固液混合装置内的多相流动所进行的理论研究的文献相对较少。本文应用CFD软件FLUENT 6.2，选用多重参考系法(MRF)、RNG k-ε湍流模型以及Mixture混合物多相流模型，首先对设计工况下煤粉捏合器的内部流动过程进行了数值模拟，得到了详细的内部流场分布；然后，用实验数据对模拟结果进行了验证，结果表明两者吻合较好，证明该种数值模拟方法是正确可靠的。同时针对两种不同的煤粉进料方式-竖直管进料和斜插管进料，进行了数值分析比较，根据两种进料方式下内部流场的分布状况，判断出煤粉从竖直管进料要比从斜插管进料好。为了进一步对煤粉捏合器进行优化设计，按照上述方法本文从改变旋转轴的转速、改变煤粉跟溶剂油的进口流量、改变搅拌桨叶形式以及改变搅拌桨叶外端与混合槽壁间距几个方面重新进行了数值模拟与分析。结果表明，对于该混合槽，最优的设计参数为旋转轴的转速和物料的进口流量都采用设计值、桨叶采用斜45°圆盘涡轮桨、桨叶外径取Φ253mm。本文的研究结果对煤浆制备装置的设计与优化有一定的参考意义。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
1 绪论  8-22
  1.1 煤炭液化的技术进展  8-10
    1.1.1 煤炭液化的重要性  8
    1.1.2 煤炭液化的技术与进展  8-10
  1.2 煤液化工艺流程介绍  10-11
  1.3 固液混合搅拌器的结构进展  11-15
  1.4 流体模拟简介  15-20
    1.4.1 CFD及其软件简介  15-17
    1.4.2 CFD在混合器中的应用进展  17-19
    1.4.3 混合器内CFD技术的发展趋势  19-20
  1.5 课题意义  20-21
  1.6 本文主要研究内容  21-22
2 煤粉捏合器结构设计  22-27
  2.1 煤粉捏合器结构介绍  22-23
  2.2 煤粉捏合器的工作原理  23-24
  2.3 煤粉捏合器的优缺点分析  24
  2.4 模型参数  24-27
    2.4.1 物性参数  24-25
    2.4.2 流动参数  25
    2.4.3 模型主要尺寸参数  25-27
3 数值模拟基本理论及方法  27-41
  3.1 流体动力学控制方程  27-28
  3.2 计算流体力学模型  28-36
    3.2.1 湍流模拟方法  28-29
    3.2.2 湍流模型  29-33
    3.2.3 近壁区模型  33
    3.2.4 多相流模型  33-35
    3.2.5 收敛判据  35-36
  3.3 捏煤器内部流场数值模拟  36-41
    3.3.1 数学模型的选用  36-37
    3.3.2 模拟方案  37
    3.3.3 网格划分与分析模型  37-38
    3.3.4 边界条件  38-39
    3.3.5 体积分率初始化  39-41
4 捏合器内部流动计算结果  41-58
  4.1 设计工况下内部流场分析  41-50
    4.1.1 混合槽内部压力分布  41-43
    4.1.2 混合槽纵截面的湍流强度和湍动能分布  43-45
    4.1.3 混合槽内部流场分布  45-50
  4.2 设计工况下的混合效果分析  50-53
  4.3 实验数据与模拟数据的对比  53-57
    4.3.1 实验装置  53-55
    4.3.2 实验数据  55-57
  4.4 本章小结  57-58
5 捏煤器优化设计与分析  58-77
  5.1 引言  58
  5.2 转速的影响  58-67
    5.2.1 转速对内部流场的影响  58-65
    5.2.2 转速对内部压力场的影响  65-67
  5.3 流体进口流量的影响  67-69
  5.4 不同型式的桨叶影响  69-75
    5.4.1 不同桨叶形式的影响  71-74
    5.4.2 不同桨叶外径的影响  74-75
  5.5 本章小结  75-77
6 总结与展望  77-79
  6.1 总结  77-78
  6.2 展望  78-79
参考文献  79-83
致谢  83

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