文档介绍：三峡大学
硕士学位论文
基于数值模拟的螺旋式旋风分离器流场研究
姓名:张泽虎
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及自动化
指导教师:高广德
20090501
内容摘要
螺旋式旋风分离器作为一种新型的分离器,因其筒体采用阿基米德螺旋通道及排
气管不插入分离区的结构,使其避免了传统旋风分离器的上灰环、短路等不利于尘粒
分离的因素,并且具有体积小、效率高、压力损失小等优点。但是目前关于该分离器
的研究还比较少,为进一步了解其内部流场的分布特点、操作条件及几何结构与其分
离性能的关系等,本文进行了相关的研究和分析。
本文借助 Pro/Engineer、Gambit 软件完成了对螺旋式旋风分离器模型的建立;针
对该分离器内部流场的三维强旋流特点,气相采用基于各向异性的 RSM 湍流模型,
颗粒相采用基于 Lagrange 观点的 DPM 模型,借助 Fluent 软件完成了对其气相流场及
气固两相流场的模拟分析。计算时首先对其气相流场进行模拟计算,然后在该基础上
对气固两相流场进行模拟计算。结果表明:螺旋式旋风分离器内部流场呈类对称性分
布,且分为内层的准强制涡、外层的准自由涡;在筒体呈现明显的阿基米德螺旋线结
构特点;筒体中心区域的流场是包含强旋和回流的复杂流场;零轴向速度面与分离器
壁面基本平行;Reynolds 应力分布具有明显的各向异性特点,并且正应力比切应力大;
尘粒的入口速度、位置及粒径大小对分离器的分离效率有明显影响。
通过对结构参数与分离器分离性能关系的模拟,发现结构参数的变化对分离器分
离性能影响较大,且参数不同影响程度不同。结果表明:排气管直径 d1 、分离区高度
h1 、阿基米德螺旋系数κ、螺旋圈数 N 对分离器的分离性能影响较大,排气管高度 h 、
除尘口直径 d2 、半锥角α影响相对较小。
根据上述研究结果,笔者对螺旋式旋风分离器作了一定的改进,即将原来的切向
单进口改为切向双进口,并做了相关模拟分析。结果表明:改进后分离器的处理量增
大,内部流场分布更均匀,当尘粒粒径 dm> 9µ 时分离效率明显提高,但压力损失有
所增大。
关键词:螺旋式旋风分离器阿基米德螺旋线数值模拟
II
Abstract
Spiral cyclone separator is a new kind of separator with many advantages in small
volume, high separating efficiency and low pressure loss. Compared to the traditional
cyclone separator, its body has an Archimedes spiral channel and exhaust pipe isn't inserted
in separation zone. The special structure avoids the phenomena affecting the separation
efficiency--the up ash loop, the short circuit of exhaust pipe. But the study about the spiral
cyclone is very little, the article is made in order to further understand the distributing
characters of interior flow and learn how the connections between operation conditions,
geometrical structure and its separating efficiency.
The model of the cyclone is built with Pro/Engineer and GAMBIT, then the gas flow
field and gas-solid flow field are simulated by FLUENT. Because of the feature of
three-dimension strongly swirling flow in the spiral cyclone, gas phase is firstly calculated
with RSM turbulence model based on anisotr