基于M模型的低密度物料旋风分离器分离性能研究

摘要

旋风分离器作为一种重要的气固分离设备,因其具有结构简单、维护方便、造价低、耐高温高压等优点,在石油、化工、冶金、环保等许多领域有着广泛的应用。使得旋风分离器的研究越来越受到重视。
　　 本文的主要工作是利用Muschelknautz模型(M模型),计算用于低密度物料生产的旋风分离器,得到该旋风分离器的结构尺寸、切割粒径和总压降。同时利用流体力学软件FLUENT对所设计的分离设备进行了数值模拟。研究了纯气相流场、气固两相流场两种情况下的速度变化和浓度变化对分离效率的影响。研究结果表明:旋风分离器内的气相主流是双层旋流,外部是向下旋转的外旋流,中心是向上旋转的内旋流,它们的旋转方向相同的;旋风分离器中旋涡具有不稳定性,它会引起旋风尾部附着在旋风分离器下部壁面并旋转摆动,使得返混现象变严重,同时还会引起结垢现象;旋风分离器的静压力、各方向速度和固体颗粒分离率都随处理气量的增大而增大,流体呈漩涡状沿器壁旋转向下,外旋流的压强较高,内旋流的压强较低,分离器中心处的静压最低,固体颗粒集中分布在中间段的器壁上;随着气体中颗粒浓度的增大,分离总效率及分级效率部逐渐增大,当浓度达到某一定值时,各种粒径颗粒的分离效率都会趋于稳定;M模型预测结果与数值模拟结果非常接近,说明采用M模型对低密度物料旋风分离器进行预测具有较好的准确性。
　　 本文为M模型在低密度物料旋风分离器中的应用研究提出了新思路。同时,通过对旋风分离器的数值模拟,可以优化旋风分离器的结构,大大缩短研发周期,具有重要的工程应用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:主要符号表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究的意义

1.3 旋风分离器的基本结构和工作原理

1.4 旋风分离器的研究现状

1.4.1 旋风分离器技术发展的研究现状

1.4.2 旋风分离器分离理论的研究现状

1.4.3 旋风分离器数值模拟的研究现状

1.5 本文的研究目的和主要工作

1.5.1 研究目的

1.5.2 主要工作

第二章 M模型对低密度物料分离器分离性能的预测

2.1 引言

2.2 M模型分离原理

2.3 M模璎对低密度物料分离器分离性能的预测

2.3.1 切割粒径的计算

2.3.2 压力损失的计算

2.4 几何模型

第二章 旋风分离器流场数值模拟方法研究

3.1 湍流理论

3.2 纯气相流场数值模拟方法研究

3.2.1 控制方程

3.2.2 差分格式及算法

3.3 颗粒相的数值模拟方法研究

3.3.1 单颗粒轨道的运动方程

3.3.2 颗粒的随机轨道模型

3.4 网格划分

3.5 边界条件

3.6 本章小结

第四章 旋风分离器流场数值模拟

4.1 纯气相流场的数值模拟

4.1.1 FLUENT求解步骤

4.1.2 设置材料和边界条件

4.1.3 纯气相流场的模拟结果及分析

4.2 气固两相流场的数值模拟

4.2.1 颗粒相边界条件

4.2.2气同两相流场的模拟结果及分析

4.3 本章小结

第五章 旋风分离器在聚碳酸酯生产中的应用研究

5.1 引言

5.2 聚碳酸酯生产过程中堵塞问题分析

5.3 旋风分离器的结构设计及数值模拟结果

5.3.1 旋风分离器的结构设计

5.3.2 数值模拟结果

5.4 试验测试

5.4.1 试验目的及方案

5.4.2 试验装置

5.4.3 试验条件

5.4.4 供风系统和风量测量

5.4.5 总分离效率和压力损失的测定

5.4.6 试验结果

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果