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旋风除尘器内部流场实验和数值模拟研究

作　者: 王黎黎
导　师: 张永利
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 流体力学
关键词: 旋风除尘器数值模拟流场颗粒轨迹除尘效率
分类号: X701.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

旋风除尘器是一种利用气固两相流体的旋转运动,使固体颗粒在离心力作用下从气流中分离出来的设备。由于它结构简单、内部无相对运动部件、制造容易、造价和运行费用较低、操作维修方便,并且可以满足不同生产条件下的特殊要求,所以自产生以来一直被广泛应用于化工、能源、矿山、炼油、食品、建材、环保等众多行业当中,成为最常用的一种分离、除尘设备。当前,日益严重的能源危机和环保问题使得除尘器向低阻高效方向发展,而广泛应用的各种形式的旋风除尘器在实际运行过程当中,其性能指标还远不能满足要求,尤其是在对处理含尘量较低、颗粒粒径较小气体这一应用领域。本文基于两相流基本理论对旋风除尘器内部流场进行了深入的研究和分析,运用FLUENT模拟软件确定适合旋风除尘器的数值模拟方法,包括理论模型的选择、计算域网格的划分和数值计算方法的选择等。并由此对典型的Stairmand型旋风除尘器的气相流场进行数值模拟,以期分析其三向速度分布、压力场分布以及流场的湍流结构特性。并在气相流场基础上,模拟颗粒相的运动轨迹,通过对颗粒运动轨迹的分析,确定该旋风除尘器对不同粒径颗粒的捕集能力。模拟结果表明,Stairmand型旋风除尘器对粒径小于10μm颗粒的捕集能力不够理想。因此,为了更好的适应工业实际需要,本文提出了一种新型的旋风除尘器结构,并就其流场和性能与改进前的旋风除尘器模型进行对比研究,同时,通过室内实验验证改进方案的可行性。结果表明,改进后的旋风除尘器较改进前除尘效率提升最高可达3.28%,压力损失最大减少40%以上。论文成果对于了解旋风除尘器的分离机理和内部流场的复杂运动规律,提高旋风除尘器的除尘效率,改善和优化旋风除尘器的结构具有重要意义。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-20
  1.1 旋风除尘器概述  11-15
    1.1.1 旋风除尘器的基本结构和工作原理  11-12
    1.1.2 旋风除尘器的主要性能指标  12-15
  1.2 旋风除尘器内部流场国内外研究进展  15-19
    1.2.1 旋风除尘器内部流场实验研究进展  15-16
    1.2.2 旋风除尘器内部流场理论研究进展  16-18
    1.2.3 旋风除尘器内部流场数值模拟研究进展  18-19
  1.3 本文的主要工作内容  19-20
2 两相流基本理论  20-26
  2.1 两相流分类  20-21
  2.2 两相流物理模型  21-23
    2.2.1 连续介质模型  21-22
    2.2.2 离散颗粒模型  22
    2.2.3 流体拟颗粒模型  22-23
  2.3 几种常见的湍流模型  23-26
    2.3.1 零方程模型  23
    2.3.2 一方程模型  23-24
    2.3.3 标准k? ε双方程模型  24-25
    2.3.4 Reynolds 应力方程模型（RSM）  25-26
3 典型旋风除尘器内部流场数值模拟  26-45
  3.1 旋风除尘器内部流场运动规律  26-27
  3.2 旋风除尘器内单相流场数值模拟  27-42
    3.2.1 数值模型的选择  27-30
    3.2.2 计算域的建立和边界条件的设置  30-33
    3.2.3 数值模拟  33-42
  3.3 旋风除尘器内颗粒轨迹的模拟  42-45
4 改进后旋风除尘器内部流场的数值模拟  45-53
  4.1 旋风除尘器的改进措施  45-46
  4.2 改进后旋风除尘器内部流场分析  46-51
    4.2.1 改进后旋风除尘器内部流场分布图  46-49
    4.2.2 改进后旋风除尘器与改进前旋风除尘器内部流场对比  49-51
  4.3 改进后旋风除尘器内颗粒轨迹的模拟  51-53
5 改进后旋风除尘器性能的实验验证  53-61
  5.1 实验目的  53
  5.2 实验依据  53-55
  5.3 实验设备与实验材料选用  55-57
    5.3.1 实验设备  55-56
    5.3.2 实验材料  56-57
  5.4 实验结果及分析  57-60
  5.5 改进后旋风除尘器的性能评价  60-61
结论  61-63
参考文献  63-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70-71

旋风除尘器内部流场实验和数值模拟研究

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