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《清华大学》 2004年
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旋风分离器减阻杆减阻机理的实验和数值研究

龚安龙  
【摘要】:减阻杆减阻技术的发现推动了旋风分离器内的流动减阻研究。为了优化减阻方案使减阻杆减阻技术更好地为实际工程应用服务,本文通过实验与数值模拟相结合的方法深入分析了减阻杆减阻机理。 旋风分离器内的流动是三维强旋多相湍流,无论是实验研究、理论分析还是数值模拟都有很大的难度,目前为止实验测量仍然是主要研究手段,理论的分析基本上都是建立在半经验假设上,数值模拟方法对旋风分离器内流场的研究也是近二十年刚刚发展起来的。在实验方面,本文采用目前最先进的粒子图像测速技术(PIV)对旋风分离器内部流场的局部二维截面进行了瞬时速度场的测量。同时本文还使用计算流体力学(CFD)软件—FLUENT提供的Reynolds应力模式(RSM)对旋风分离器内的纯气相湍流场进行了数值模拟。通过PIV实验测量,得到了旋风分离器内局部二维截面的瞬时速度矢量场,并且由此速度场计算得到流场的湍流强度和Reynolds应力等湍流特征量。本文比较了安装减阻杆前后平均速度场的变化情况,得到与前人研究结果相同的变化规律,并在此基础上分析了减阻杆对流场湍流量的影响。RSM数值计算得到了两种旋风分离器模型在安装减阻杆前后内部气相流场的三维速度和压力分布,并与对应的实验结果进行了比较。数值模拟的结果表明RSM能够准确的预测旋风分离器内的强旋湍流。文章还通过数值模拟减阻杆对旋风分离器内速度场、压力、涡量云图、湍流强度及Reynolds应力等的影响进一步分析了减阻杆的减阻原因。 通过PIV实验和RSM数值模拟相结合的研究方法,本文得出旋风分离器内减阻杆减阻的两个主要因素:减阻杆对流场的消旋作用将旋转动能转变为静压能和轴向动能;减阻杆削弱了旋风分离器内部流动的湍流强度,使湍流能量耗散减少。这两个因素的作用使得旋风分离器内的流动结构因减阻杆的安装发生了改变,能量的损失因而得到大幅度降低。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB126

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【引证文献】
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4 钱付平;不同排尘结构及操作条件旋风分离器分离特性的研究[D];东南大学;2006年
【二级引证文献】
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1 栾一刚;轴流旋风分离器数值模拟与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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