文档介绍：硕士学位论文开题报告及论文工作计划书
课题名称 XLP/B型旋风分离器气固
两相流数值模拟
学号 1000484
姓名曹
专业机械设计及理论
学院机械工程与自动化学院
导师张
副导师
选题时间 2011年 9 月 22 日
东北大学研究生院
年月日
填表说明
1、本表一、二、三、四、五项在导师指导下如实填写。
2、学生在通过开题后一周内将该材料交到所在学院、研究所。
3、学生入学后第三学期应完成论文开题报告,按有关规定,没有完成开题报告的学生不能申请论文答辩。
一、立论依据
课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的、理论意义和实际应用价值
课题来源:旋风分离器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力,将尘粒从气流中分离出来的一种气固分离装置,它的应用迄今为止己有一个多世纪,是工业应用最广泛的烟尘净化设备之一,它利用旋转气流产生的离心作用将粒子从气流中分离出来,具有结构简单、无转动部分,可分离微小粒径(小至几微米)、实用价值强等特点。该种分离器广泛应用于化工、制药、食品、环保等工业生产中,如各类除尘设备,循环流化床重要分离机构,在石化工业的催化装置中,用于分离回收贵重催化剂,是降低催化剂单耗、提高经济效益的关键设备。除此之外在很多粉料处理过程中,旋风分离器也是必需的分离装置,如干燥机中气固分离等。本文将对干燥机气固分离中气固两相流进行模拟分析和结构优化,但是旋风分离器内部是三维两相流状态,内部流场分布非常复杂,很难确定,这样就对旋风分离器的设计优化带来了麻烦,使得制造出的分离器分离效果不好,效率不高,经常出现尘粒难以捕捉的现象,因此获得旋风分离器内气固两相流的分布情况迫在眉睫。
选题依据:由于旋风分离器中的气、固流属于三维强旋转湍流,伴随着两相分离运动,而且涉及到气固两相相互作用以及凝聚、吸附和静电等许多复杂物理现象,使得理论研究遇到很大困难,理论进展缓慢。近几十年来,人们己经发展了多种气-固两相流诊断和分析工具来研究分离器内部的流场结构、压降和分离效率。这些工具主要分为三类:一类是采用理论分析的方法,一类是采用各种实验手段,另一类是采用计算流体力学的方法。基于计算机的数学模型是另一重要的流场分析工具。它运用计算流体力学手段,求得旋风分离器内气-固两相流的运动发展和变化。由于只需计算机,因此具有周期短、见效快、费用低、信息量大、实用性强、能够充分反映分离器几何结构和操作条件对内部流场和分离效率的影响的优点,是旋风分离器研究的重要手段之一。尽管计算流体力学还没有完善到完全取代实验的程度,但近一、二十年的发展已经呈现出诱人的前景。因此运用计算流体力学理论,发展数学模型并加以模拟是解决工程实际问题、探索分离器内部流动和分离效率的切实可行的有效手段。
背景情况:旋风分离器用途很广,广泛地应用于石油、化工、机械和电力等工业部门。许多研究者对影响分离器性能的结构和运行参数进行了大量研究,降低分离器压降等,提高分离器的分离效率。Lim等人研究了升气管尺寸及形状对分离器性能的影响;Xiang等人比较了不同排尘口直径分离器的分离效率;Zhu等人对不同直筒段高度分离器的分离效率进行了试验研究。入口高度和宽度是影响分离器性能的主要结构参数,研究结果指出当入口风速和入口面积一定时,随着入口高宽比的增大,分离效率会略有升高,而压降也会增大。但是,针对入口高宽比对分离器内部气固流动影响的深入研究却很少。
旋风分离器的结构相对简单,但其内部流动却相当复杂,目前对分离器内部气固流场的预测主要依靠一些经验模型。近年来,随着计算流体动力学的发展,CFD技术越来越多地用于预测分离器内部的气固流场。分离器内强旋流动计算的准确度在很大程度上依赖于所选用的湍流模型,虽然雷诺应力模型RSM计算量大,但是其预测效果很好。
课题研究目的:由于旋风分离器内部的流动非常复杂,所以用试验或者解析的方法来得出分离器内部的流动状况比较困难。单纯地通过实验来研究旋风分离器,由于受到条件的限制,耗费大量的人力、物力和财力,而且周期通常都比较长。由于计算机的飞速发展,人们已经可以借助于计算机模拟技术来对旋风分离器的流场和颗粒运动进行数值模拟。数值模拟方法具有模拟能力强、计算速度快、资金投入少等优点。通过对旋风分离器的气固两相进行模拟,可以揭示分离器内部的流动规律,从而能优化分离器的结构,缩短分离器的开发周期,具有重要的工程意义。
旋风分离器内气固两相流场及颗粒浓度的分布的描述是建立正确的分离理论的基础。要提高旋风分离器的分离效率、改进结构和优化尺寸,必须深入地研究分离器内湍流流场及固体颗粒的浓度分布规律。采用商业软件Fluent ,同时利用拉格朗日法模拟了分离器内