強旋氣固流場的湍流特性、穩(wěn)流與整流.pdf

1、本文采用大渦模擬的方法對Starimand型旋風(fēng)分離器的強旋氣固流場進行數(shù)值模擬，針對氣相流場存在的紊亂渦流、“擺尾”、“返混”等影響分離性能狀況，從結(jié)構(gòu)方面提出改進措施，對傳統(tǒng)型分離器增設(shè)穩(wěn)流柱和防返混錐，以改善其流場、穩(wěn)定渦流擾動。為驗證增設(shè)穩(wěn)流柱和防返混錐的穩(wěn)流效果，采用數(shù)值模擬和實驗研究的方式對研究對象分類別比較。分別從渦流矢量圖、流場速度、壓降、湍動能耗散、液體示蹤對比、質(zhì)點壓力動態(tài)脈動測試等幾個方面重點研究。通過考察增設(shè)內(nèi)構(gòu)

2、件后對旋風(fēng)流場的變化規(guī)律，為微米以及亞微米級顆粒捕獲和旋風(fēng)除塵器性能的優(yōu)化提供參考，并對旋風(fēng)分離器三維流場的研究提供流體力學(xué)理論依據(jù)。所做的主要研究工作有:
　　(1)利用數(shù)學(xué)建模軟件gambit2.20構(gòu)造幾何模型，對模型使用流體力學(xué)軟件FLUENT6.2計算，具體計算方法采用大渦模擬的數(shù)值方法。分析了Starimand型旋風(fēng)分離器和增設(shè)內(nèi)構(gòu)件的旋風(fēng)分離器的三維速度場分布，壓力場分布和湍動能耗散分布情況。結(jié)果表明:在相同的操作條

3、件下進氣風(fēng)速為15m/s時，增設(shè)內(nèi)構(gòu)件后切向速度的軸對稱性比較好，最大切向速度雖然降低，但分離區(qū)壁面的分離速度并未降低，能達到較好的分離效果。渦流速度矢量圖中顯示:穩(wěn)流柱穩(wěn)流、導(dǎo)流作用良好，降低了內(nèi)旋流與外旋流交匯處，渦流紊亂的狀況，規(guī)整了渦核尾端的“擺尾”現(xiàn)象。防返混錐的使用有效降低了灰倉內(nèi)的湍動程度，大大減少了灰斗返氣量。增設(shè)內(nèi)構(gòu)件后，湍動耗散能大幅度降低，在旋風(fēng)分離器中部湍動耗散能最大降幅為77％。
　　(2)在氣相流場的基

4、礎(chǔ)上，通過對外旋流進行液體示蹤試驗發(fā)現(xiàn)增設(shè)穩(wěn)流柱后，下行軸向速度衰減程度小，渦核尾端有足夠能量向下延伸，減少了下錐體附近“擺尾”現(xiàn)象的發(fā)生，有效的減少了內(nèi)旋流和外旋流的相互擾動，降低了湍動能量的耗散。安裝導(dǎo)流件后，流體在旋風(fēng)分離器內(nèi)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)明顯增多，有利于提高分離效率。
　　(3)在相同的試驗操作條件下，對比分離器使用導(dǎo)流件前后，質(zhì)點動態(tài)壓力變化、壓降、總分離效率、顆粒分級效率等性能指標(biāo)，結(jié)果表明，增設(shè)內(nèi)構(gòu)件，對于碳粉（D50=4