毕业论文(设计)-旋风分离器内流场的数值模拟.docx
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太原科技大学毕业设计
太原科技大学
毕 业 设 计(论 文)
题目:
旋风分离器内流场的数值模拟
姓 名 陈明武
学院(系)应用科学学院
专 业 工程力学
班 级 101801
指导教师 李兴莉
2014年 6月8日
太原科技大学毕业设计(论文)任务书
学院(直属系):
应用科学学院 时间:
2013年12月20日
学生姓名
陈明武
指导教师
李兴莉
设计(论文)题目
旋风分离器内流场的数值模拟
主要研究内容
1.了解FLUENT软件在计算流体力学方面的应用和旋风分离器的发展史;
2.详细研究与流体流动相关的基本力学原理,并确定旋风分离器所需要应用的流体力学知识;
3.利用FLUENT软件对旋风分离器内的流场进行数值模拟;
4.对上述数值结果分析,探讨旋风分离器内部流场分布情况及不同直径颗粒在流场内运动的特征。
研究方法
查阅资料、理论分析、数值模拟
主要技术指标(或研究目标)
1.学会从流体力学的角度对流体流动中涉及到的力学原理进行理论分析;
2.用FLUENT软件对上述理论分析结果进行数值模拟;
3.通过以上研究分析,培养对实际具体问题进行建模、理论分析和数值模拟的基本能力。
主要参考文献
1.FLUENT入门与进阶教程/于勇主编.-北京:
北京理工大学出版社,
2008.9
2.FLUENT12流体分析及工程仿真/腾龙科技编著.-北京:
清华大学出版社,2011.1
3.流体工程仿真计算实例与分析/韩占忠编.-北京:
北京理工大学出版,
2009.8
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目录
II
摘要 III
ABSTRACT IV
第一章 前言 1
1.1旋风分离器的概况 1
1.1.1旋风分离器的发展历史 1
1.1.2旋风分离器研究现状 2
1.2本文研究的主要内容 3
第二章 相关理论知识 4
2.1空气动力学概述 4
2.1.1流体流动所遵循的基本定理 4
2.1.2空气动力学的分类 5
2.2计算流体力学基础 5
2.2.1计算流体动力学方法的形成和发展 5
2.2.2计算流体动力学的工作步骤 6
2.3数值模拟软件Fluent介绍 7
2.3.1Fluent网格划分技术 7
2.3.2Fluent的数值算法 8
2.3.3Fluent软件的基本构成 8
2.3.4Fluent软件计算类型及应用领域 9
2.3.5Fluent软件的分析过程 9
2.4本章小结 9
第三章 旋风分离器内流场的数值模拟 10
3.1模型的建立 10
3.1.1问题描述与模型建立 10
3.1.2利用GAMBIT建立计算域和指定边界条件 10
3.2旋风分离器内流场的数值模拟 12
3.2.1利用FLUENT软件进行求解的过程 12
3.2.2计算结果及后处理 14
3.2.3对比结果及后处理 16
3.3旋风分离器内颗粒轨迹的模拟 17
3.3.1模型的设定 17
3.3.2结果显示及分析 19
3.3.3对比下的结果与分析 21
3.4本章小结 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录 26
附录1中文翻译 26
附录2英文翻译 32
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旋风分离器内流场的数值模拟
摘要
随着计算流体力学的发展,数值模拟技术以其高效、低成本、能适应多种可变因素等优势在越来越多的领域得到推广和应用。
本文以旋风分离器为研究对象,利用FLUENT软件对其内部流场进行了数值模拟,得到了一些有价值的结论。
具体工作如下:
首先描述了旋风分离器的发展历史及主要概况,然后以流体力学和空气动力学为基础,借鉴国内外对旋风分离器的相关研究,利用GAMBIT软件进行建模、网格划分,并导入计算流体力学软件FLUENT中对旋风分离器内部流场进行数值模拟。
重点研究了旋风分离器在使用过程中内部流场情况及不同直径颗粒在流场内的运动特征。
模拟结果表明:
旋风分离器内部流场不对称且注入颗粒后,当颗粒直径越大时,其惯性力也就越大,在高速旋转的情况下,其更容易保持原有的运行轨迹,最后达到分离的效果。
入口处速度的不同不会对流场内部压力造成影响,但注入颗粒时会影响颗粒的分离效果,所以入口处速度必须达到一定数值,过高或者过低都不会达到预期的分离效果。
关键词:
旋风分离器,FLUENT软件,流场,颗粒直径。
IV
NumericalSimulationofFlowFieldintheCycloneSeparator
ABSTRACT
Withthedevelopmentofcomputationalfluiddynamics,numericalsimulationtechnologyhasbeenappliedinmanyfieldsduetoitshighefficiency,lowcostandbetteradaptiontovariablefactors.Inthisarticle,asforthecycloneseparator,usingtheFluentsoftware,theinternalflowfieldsaresimulatedandsomevaluableconclusionsaredrawn.
Thisarticledescribedthegeneralsituationandthedevelopmenthistoryofthecycloneseparator.Then,onthebasisoffluidmechanicsandaerodynamics,takingexamplebystudyofcycloneseparatorathomeandabroadforreference,usingtheGAMBITsoftwaretomodel,mesh,andimportingintothecomputationalfluiddynamicssoftwareofFLUENT,thenumericalsimulationsofinternalflowfieldincycloneseparatorareperformed.Itisfocusedontheinternalflowfielddistributionandthemotioncharacteristicsofdifferentdiameterparticlesintheflowfieldinthecycloneseparator,
Thesimulationresultsshowthattheinternalflowfieldincycloneseparatorisasymmetric.Whentheparticlediameterislarger,theinertialforceisgreater.Itiseasiertokeeptheoriginaltrajectoryathighspeed,finallytoachievetheeffectofseparationafterinjectingparticles.Thedifferenceofentrancevelocityhasnoinfluenceoninternalpressureofflowfield,butwillinfluencetheparticleseparationwhenparticlesareinjected.Therefore,theentrancespeedmustreachacertainvalueandthedesiredseparationeffectwillnotbeobtainedattoohighortoolowspeed.
Keywords:
cycloneseparator,FLUENTsoftware,theflowfield,particlediameter.
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第一章 前 言
1.1旋风分离器的概况
旋风分离器是一种使含有固体颗粒的气体旋转,并依靠离心力达到气固分离的装置。
由于它具有对10Lm以上的粉体分离效率高、结构简单紧凑、操作维护方便等优点,故在石油化工、冶金、采矿、轻工等领域得到广泛应用。
随着工业发展的需要,为使旋风分离器达到高效低阻的目的,自1886年Morse的第一台圆锥形旋风分离器问世以来百余年里,国内外众多学者对分离器的结构、尺寸、流场特性等进行了大量的研究,出现了许多不同用途的旋风分离器,现从两个方面来进行概述。
-0-
1.1.1旋风分离器的发展历程
图1.1旋风分离器
旋风分离器内颗粒流体的流动属于稀浓度颗粒流体力学,故可先分析纯气体流场。
在1949年,TeLinden对旋风分离器内三维流场用球形毕托管作了比较出色的实验测试研究并得出:
切向速度轴对称分布,在同一断面随其与轴心的距离减小而增大。
达到最大值后又逐渐减小;径向速度在中心区方向朝外,在外围区方向朝内,形成源汇流;轴向速度在部区域气流向下,在轴心区域气流向上;压力分布是壁面处大于中心处。
他的测试结果,无论切向、径向、轴向都有一定的规律性,对称性也相当好。
在国内,中科院力学研究所、上海化工研究院在á400及á830旋风分离器模型上,用五孔球形探针及热线风速仪进行了测试。
许宏庆在á288模型上,用双色激光多普勒测速
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仪进行了测试。
这些流场测试图呈现出的规律大致与TerLinden所得结果相同,但他们都认为非对称的切向进口造成了旋涡中心与几何中心不一致,径向速度分布呈现非轴对称性等现象,同时还证实了上涡流的存在。
1962年,Lewellen把不可压缩流体的连续性方Navier-stokes方程在圆柱坐标系和轴对称定常流动下进行了简化,通过引入流函数和环量,得到了强旋转简化层流模型[1]。
国内中科院力学所贾复等人曾利用此模型对旋风分离器内流场进行了解析计算,由于模型过于简化,仅能作些定性的说明。
1975年Bloor、Ingham运用普朗特提出的混合长理论确定湍流表观粘度,并对水力旋流器流场进行了分析,建立了适合于工程应用的初级湍流模型。
1982年boy等人利用Rodi推得的关于雷诺应力的近似代数关系式,得到了高级湍流模型。
用这些模型计算得到的切向速度数值解与实验测定结果较吻合[2]。
关于引入粉尘后,粉尘对气体流动的影响和其使含尘气流压降低于纯气流压降,以及粉尘之间的碰撞、团聚分离效率的影响等,Mothes等作了较全面的研究,国内张民权利用Dietz提出的模型分别进行了理论计算和实验验证[3]。
1.1.2旋风分离器研究现状结构改进
通过对旋风分离器内气固流况的剖析,针对影响旋风分离器效率的顶部上涡流和下部的二次带尘,影响动力消耗的进口膨胀损失和出口旋转摩擦等因素,人们进行了不少改进。
为了消除
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- 毕业论文 设计 旋风 分离器 内流 数值 模拟