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旋风流场大涡模拟及粉尘运动行为

项先忠  
【摘要】:本研究以流体模拟软件FLUENT6.2模拟环流式旋风除尘器流场结构及固体颗粒运动情况,分析了除尘器内的涡流状况和固体颗粒的运动轨迹及影响除尘效率的因素,为抑制除尘器内流体的湍动和防止粉尘二次卷扬,提高旋风除尘器对亚微米粉尘的去除效率提供理论依据;并在大涡模拟结果的指导下,提出了以内构件导流整流提高环流式旋风除尘器性能的措施。所作主要研究工作如下: 1、用FLUENT6.2前处理软件GAMBIT画出环流式旋风除尘器的模拟模型,并根据环流式旋风除尘器自身结构特点和器内气流流动情况,通过合理分区,划出质量较高的六面体网格。 2、运用流体模拟软件FLUENT6.2,基于大涡模拟,对该模型进行模拟运算,并进行合理的分析调试,得到较好的收敛结果。在此基础上分别考察了环流式旋风除尘器一次分离区、环隙和锥体的流场和压力场分布情况。结果表明锥体部分和一次分离区静压成V型分布,切向速度由轴心向边壁先增大后减小,到边壁处减小到零。环隙部分静压随高度的增大而增大,同一截面静压基本呈线性分布,到外筒边壁处达到最大值(950Pa),环隙底部切向速度(9m/s)要小于环隙顶部切向速度(11m/s)。 3、在一定的入口气速下,采用美国TSI公司智能热线热膜风速仪IFA—300和U型压差计,分别测试锥体内不同截面的切向速度和静压,并与模拟值进行了比较,两者吻合较好,说明大涡模拟结果可靠。 4、在采用标准k-ε模型对湍流流场模拟的基础上,用相间耦合的随机轨道模型对固体颗粒运动轨迹进行初步的考察,并对不同粒径颗粒的分离效率进行了模拟与实验的比较分析。结果表明,颗粒的运动状况有很大的随机性。该方法对于粒级分离效率具有一定的预测性,但不能很好预测环流式旋风除尘器对<6μm细颗粒的强分离作用。 5、通过对环流式旋风除尘器一次分离区速度矢量图分析,找出影响除尘效率的因素,提出在一次分离区加导流件的构思。用Solidworks软件画出导流件模型,导入GAMBIT,并用Fluent对导流件进行择优,利用优选出的导流件进行实验研究,结果表明加导流件后除尘器性能提高显著。


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