漩流中間包數(shù)學(xué)物理模擬研究.pdf

1、漩流中間包是一種新型中間包，由于漩流室的引入，既可以實(shí)現(xiàn)湍流控制器的作用，還可以在基本不改變?cè)兄虚g包結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，避免離心中間包所必需的外加電磁設(shè)備，具有改善中間包內(nèi)流場(chǎng)、促進(jìn)夾雜物聚集長(zhǎng)大、上浮和去除等優(yōu)點(diǎn)。 本文對(duì)漩流中間包進(jìn)行了物理模擬和數(shù)值模擬，詳細(xì)分析了漩流室內(nèi)流場(chǎng)的特征，得到了中間包內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)、濃度變化趨勢(shì)和漩流室內(nèi)流場(chǎng)的分布規(guī)律。通過對(duì)流場(chǎng)的數(shù)值模擬，分析了漩流室的加入對(duì)中間包內(nèi)夾雜物去除的影響。模擬結(jié)果表明，

2、由于漩流室的加入使湍動(dòng)能耗散主要集中在漩流室內(nèi)部，有利于夾雜物的聚合長(zhǎng)大；由于入口位置的非對(duì)稱布置，造成了漩流中間包內(nèi)流場(chǎng)明顯的非對(duì)稱流動(dòng)，本文通過數(shù)學(xué)物理模擬為進(jìn)一步優(yōu)化漩流中間包內(nèi)漩流室的位置和參數(shù)提供理論依據(jù)。 本文利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD商業(yè)軟件FLUENT6.2.16對(duì)漩流中間包內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。對(duì)雙流中間包進(jìn)行停留時(shí)間分布實(shí)驗(yàn)和利用染色法顯示流場(chǎng)，在深入了解漩流室內(nèi)流場(chǎng)的基礎(chǔ)上，模擬研究了多種漩流室組合情況下

3、的漩流中間包內(nèi)流場(chǎng)、濃度場(chǎng)，并與物理模擬的結(jié)果進(jìn)行了比較。通過本文的數(shù)學(xué)物理模擬研究，得到了如下結(jié)論： (1)對(duì)于漩流室內(nèi)部流場(chǎng)的模擬，網(wǎng)格質(zhì)量要求并不嚴(yán)格、結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格都可以得到令人滿意的結(jié)果；經(jīng)過計(jì)算比較可得：在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下，最佳的計(jì)算漩流室內(nèi)流場(chǎng)的湍流模型是RNG-k-ε模型和RSM模型而且兩者都能較好地模擬漩流室內(nèi)流場(chǎng)；SIMPLEC算法和QUICK差分格式以及壓力的PRESTO格式是比較好的計(jì)算漩流室內(nèi)流場(chǎng)的設(shè)

4、定策略。 (2)漩流室內(nèi)切向速度起主導(dǎo)作用，其分布具有組合渦的特點(diǎn)，漩流室內(nèi)的流場(chǎng)大致呈現(xiàn)蘭金(Rankin)渦的特點(diǎn)分布，以最大速度點(diǎn)為界，內(nèi)部是準(zhǔn)強(qiáng)制渦，外部是準(zhǔn)自由渦，軸向速度有回流，徑向速度值較小，軸心區(qū)域處的速度梯度較大，由于非對(duì)稱分布因而對(duì)漩流室的研究必須是三維的。 (3)漩流中間包由于漩流室的加入，使得湍動(dòng)能的耗散主要集中在漩流室內(nèi)部，利于夾雜物的碰撞、聚合、上浮去除。 (4)不加漩流室時(shí)，中間包結(jié)

5、構(gòu)對(duì)稱，流場(chǎng)總體呈現(xiàn)對(duì)稱分布；漩流室的加入引起入口位置的非對(duì)稱分布使得漩流中間包內(nèi)的流場(chǎng)呈非對(duì)稱分布。 (5)中間包內(nèi)示蹤劑在不同時(shí)刻的濃度分布，物理模擬結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果有相同的趨勢(shì)，不同方案的漩流室組合可改善中間包內(nèi)流場(chǎng)的非對(duì)稱分布，對(duì)直徑為200mm的漩流室而言，高度為90mm的漩流室對(duì)中間包內(nèi)流場(chǎng)的非對(duì)稱的影響最小，高度為220mm、260mm時(shí)非對(duì)稱程度明顯，就整體方案而言，高度為140mm入口方向旋轉(zhuǎn)60度漩流室的加