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预热器旋风筒气固两相流场的模拟研究

作　者: 朱鹰
导　师: 林宗寿
学　校: 武汉理工大学
专　业: 建筑材料
关键词: CFD FLUENT 旋风筒 模拟 气固两相流场
分类号: TQ019
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 238次
引　用: 3次
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内容摘要


预热器旋风筒是新型干法水泥生产中关键的热工设备之一，它的阻力和分离效率是在设计和生产过程中必须要重点关注的。迄今为止，由于理论和实验研究的进展缓慢，而且数值模拟研究往往局限于气相，因此旋风筒的设计和改造仍然需要根据实践经验进行。针对这一实际情况，本文将CFD技术运用到预热器旋风筒内气固两相流的数值模拟并利用Fluent软件对预热器旋风筒的气固两相流场进行了模拟。本文所做的主要工作如下：(1)研究了最适合预热器旋风筒的数值模拟的方法，包括计算域网格的划分、理论模型的选择、数值计算方法的选择等。(2)考察预热器旋风筒的气相流场，分析其三维速度分布、压力场分布以及流场的湍流结构特性。(3)考察预热器旋风筒的三维两相流场，分析颗粒的运动轨迹，不同结构参数、操作参数对预热器压降和分离性能的影响。基于模拟的结果得到了如下一些主要结论：(1)通过研究最终确定了一套适合于预热器旋风筒内部复杂流场的数值计算方法：对于预热器旋风筒内部复杂流场的模拟，必须以高质量的网格为前提，在采用基于各向异性的湍流模型(RSM)的同时，还要相应采用二阶差分格式和PRESTO压力插补格式，才能获得较理想的预报结果。(2)本文采用的数值算法计算简单，当颗粒有较复杂的经历时，能较好地追踪颗粒的运动，并且预报不同粒径和不同入射位置的颗粒的运动轨迹。(3)颗粒的运动轨迹比较复杂，且带有很大的随机性，尤其是小粒径颗粒，受气流湍动的影响很大。即使是粒径相同、入射位置也相同的小粒径颗粒，其运动轨迹也可能各不相同，最终的位置也不同。此外，小粒径颗粒更容易受二次涡流的影响，从而降低旋风筒的分离效率。(4)旋风筒的分离效率受颗粒的粒径和进口气流速度的影响较大。(5)排气管的插入深度对于预热器旋风筒的压降和分离效率来说是互相矛盾的因素。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-11
  1.1 课题的来源及意义  9-10
  1.2 课题研究内容  10-11
第2章 计算流体动力学(CFD)基础  11-17
  2.1 计算流体动力学(CFD)简介  11-12
  2.2 CFD技术近年来主要发展方向  12-13
  2.3 CFD技术在现代工业中的应用  13-15
    2.3.1 用于产品原型设计  13-14
    2.3.2 用于产品参数化设计与虚拟实验  14
    2.3.3 用于产品设计优化  14-15
  2.4 目前国内外 CFD软件的状况和特色  15-17
第3章 FLUENT软件及其应用  17-25
  3.1 FLUENT软件简介  17-19
    3.1.1 FLUENT概述  17
    3.1.2 FLUENT软件构成  17-18
    3.1.3 FLUENT适用对象  18
    3.1.4 FLUENT使用的单位制  18-19
  3.2 FLUENT软件的应用  19-20
  3.3 FLUENT求解的步骤  20
  3.4 FLUENT软件的操作界面  20-25
    3.4.1 FLUENT的操作界面  20-21
    3.4.2 GAMBIT的操作界面  21-25
第4章 预热器旋风筒内单相流场的模拟  25-57
  4.1 预热器旋风筒的工作原理  25-26
  4.2 旋风分离器气相流场的 CFD研究现状及发展趋势  26-27
  4.3 预热器旋风筒的单相模拟  27-55
    4.3.1 计算模型的几何结构  27-28
    4.3.2 网格的生成  28-30
    4.3.3 算法的选择  30-34
    4.3.4 定义初始条件和边界条件  34-35
    4.3.5 离散化  35-38
    4.3.6 离散格式的选择  38
    4.3.7 压力差补格式选择  38-39
    4.3.8 湍流模型的选择  39-44
    4.3.9 计算与分析  44-55
  4.4 小结  55-57
第5章 预热器旋风筒内气固两相流场的模拟  57-66
  5.1 两相流模型及数值计算方法  57-59
    5.1.1 两相流模型  57-58
    5.1.2 颗粒的运动方程和轨迹方程  58
    5.1.3 边界与初始条件  58-59
    5.1.4 分离效率的计算方法  59
  5.2 颗粒相运动轨迹分析  59-62
  5.3 预热器旋风筒的分离性能研究  62-65
    5.3.1 颗粒粒径和入口气流速度与旋风筒分离效率的关系  62-64
    5.3.2 内筒插入深度与分离效率的关系  64-65
  5.4 小结  65-66
第六章 结论与展望  66-68
  6.1 结论  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-72
硕士学位期间发表论文  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 基础理论 > 模拟原理、相似原理及因次分析在化工中的应用
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