Get清風(fēng)超音速旋流分離器噴管的數(shù)值模擬外文翻譯

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1、超音速旋流分離器噴管的數(shù)值 模擬-外文翻譯 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕外文翻譯譯文 學(xué)生姓名：高勇紅 院〔系〕:機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 裝備0901 指導(dǎo)教師：梁慧榮 完成日期：2021年3月21日 氣一固旋風(fēng)別離器在FLUENT中的流場(chǎng)數(shù)值模擬 Flow-field Numerical Simulation of Gas-Solid Cyclone Separator based on FLUENT DENG Qing-fang , DongyiZhou , SHENAi-ling 起止頁碼：P740-P743 出版日期〔期刊號(hào)〕：2021 IEEE 出版單位：2021

2、 Intern ati onal Conference on Digital Manu facturi ng & Automati on 摘要：在本文中，利用flue nt軟件研究旋風(fēng)別離器在各種條件下的氣固兩相流場(chǎng)， 壓力變化，速度變化和渦流特性。研究結(jié)果說明，在旋流器中沿 丫軸方向〔切向速 度〕的速度和沿Z軸方向〔軸向速度〕的速度是主要因素；在旋風(fēng)別離器中靜壓， 每個(gè)方向的速度以及固體顆粒的別離率隨著氣體處理量的增加而增加；靜態(tài)壓力在 旋風(fēng)別離器的中心是最低的，固體顆粒被集中在內(nèi)壁的中間段；氣流的速度在各個(gè) 方向上隨著顆粒密度的增加而減少。然而，旋風(fēng)別離器因?yàn)轭w粒度的增加而加劇管 壁的磨

3、損。因此由經(jīng)驗(yàn)可以推斷出旋流器別離器在 v=18m/s，粉塵含量值為1%是被 公認(rèn)的計(jì)算結(jié)果。 關(guān)鍵詞：flue nt ；數(shù)學(xué)模型；旋風(fēng)別離器；數(shù)值模擬 1引言 旋流別離器在除塵器和離心除塵設(shè)備之間是使用最廣泛和最具代表性的設(shè)備， 并且在水泥生產(chǎn)中有效地提高了粉塵的回收率，扮演了重要的角色。典型的旋風(fēng)別 離器結(jié)構(gòu)一般由進(jìn)料口，圓柱段，圓錐段，溢流口和底流口組成。在別離器內(nèi)氣流 與顆粒沿切線方向從進(jìn)氣口進(jìn)入別離器，旋轉(zhuǎn)以及向下流動(dòng)。在離心力的作用下， 固體顆粒被甩向筒壁并沿著椎體局部往下流動(dòng)積累，同時(shí)氣體旋流向上從出口管流 出。 現(xiàn)代工業(yè)中對(duì)除塵器的要求要高得多，如性能，結(jié)構(gòu)，本錢和可

4、操作性帶來方 面。由于條件的限制，如需要大量的人力，物力和資金以及長(zhǎng)周期等因素，研究氣 旋旋流器僅僅是靠實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)的。如今，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開展，可以通過計(jì) 算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)旋流器內(nèi)部的流場(chǎng)和顆粒進(jìn)行數(shù)值模擬，其具有模擬能力強(qiáng)，計(jì)算 速度快，投資少等特點(diǎn)。通過對(duì)旋風(fēng)別離器內(nèi)的氣一固兩相的模擬，其內(nèi)部的流動(dòng) 規(guī)律被發(fā)現(xiàn)，從而使得旋流器的結(jié)構(gòu)可能被優(yōu)化以及縮短開發(fā)周期，這對(duì)工程設(shè)計(jì) 有重要的意義。 圖1典型的圓錐型旋流別離器的原理圖 2氣旋別離器的數(shù)學(xué)模型 為了便于解決問題，在建立數(shù)學(xué)模型之前將實(shí)用型旋風(fēng)別離器簡(jiǎn)化如下： (1) 、流體是不可壓縮的氣體，即 p=constant。 (2

5、) 、由流體和墻壁之間的摩擦引起的熱效應(yīng)被忽略。 (3) 、入口氣體的流速為均數(shù)時(shí)，流動(dòng)處于紊流狀態(tài)。 (4) 、假設(shè)流場(chǎng)為恒溫，并且熱量傳遞被忽略。 3,氣體流量,377m3/h，物料溫度為1160oC，壓力為0.015Mpa。物質(zhì)組成由氣相 和固相共同組成〔粉塵含量為 20%〕，材料密度為 3*10-5 Pa S,粉塵密度為 280-300kg/m3,粉塵顆粒度為大于等于 10mm(30%)，3-10mm〔40%〕，1- 3mm(27%)， 以及小于等于1mm(3%)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，別離效率應(yīng)不低于 98%，不銹鋼鉻鎳鐵合 金600〔鎳基合金〕是必要的，2bar的飽和蒸汽需要夾套加熱

6、。 有關(guān)參數(shù)如表1所示，通過計(jì)算Muschelknautz建模方法最終模型如圖2所示, 所有的尺寸和比例如圖所標(biāo)注。 3建立旋風(fēng)別離器的網(wǎng)格模型 網(wǎng)格的生成是流場(chǎng)數(shù)值模擬的前處理步驟。在本文中，使用代數(shù)的方法生成局 部區(qū)域的3D網(wǎng)格視圖，來瀏覽旋流別離器內(nèi)流場(chǎng)的特性。 系統(tǒng)中的網(wǎng)格建立是相當(dāng)適合的幾何結(jié)構(gòu)模式，這是有利于局部區(qū)域數(shù)值模擬 的耦合條件。同時(shí)，對(duì)于旋風(fēng)別離器來說網(wǎng)格的生成具有良好的正交性，可滿足一 些差異性的格式。在本模型中，運(yùn)用三維中的六面體網(wǎng)格計(jì)算共劃分 316436單元。 表1-1 參 1數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值 平均質(zhì)量 流量 850 kg/h 渦流內(nèi)

7、層 上剪切顆 粒的直徑 mm 物料體積 -4 8 14*10 4 在筒壁直 m/s 流量 m/s 徑上顆粒 的最終切  速度剪切 氣體體積 0.015 m3/s 在筒壁顆 流量 粒直徑的 最終切速 度 物料密度 3 2719 kg/m 阻力系數(shù) 入口收縮 因子 進(jìn)料限制 密度 kg/kg 壁面切向 速度Vo m/s 氣體和固 體在內(nèi)壁 上的摩擦 損失 Pa 壁面軸向 速度z m/s 管線上Vs的 渦流虧損 Pa 總摩擦系 加速時(shí)的 數(shù) 壓力損失 內(nèi)區(qū)渦流 總摩擦

8、 總壓力下 降 2021Pa 圖3網(wǎng)格模型 4旋風(fēng)別離器的數(shù)值模擬與結(jié)果分析 A對(duì)氣-固流場(chǎng)根本特征的分析 在旋風(fēng)別離器內(nèi)的粒子的運(yùn)動(dòng)是非常復(fù)雜，尤其是那些小粒子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出極 大的隨機(jī)性。對(duì)于相同的顆粒，它們的運(yùn)動(dòng)不同于那些具有相同粉塵含量的粒子。 但是入口速度不同，或者粉塵含量不同；進(jìn)口速度相同，最后的結(jié)果不同，一些被 俘獲，但是另一些從排氣管中逃逸。在本文中，分析理解所有云圖的根本動(dòng)態(tài)流暢 的參數(shù)。 圖4靜壓云圖粉塵含量=1%，入口 速度到達(dá)18m / s 圖5粉塵含量=1%，入口速度=18m/s的固體 沿Y軸的速度云圖 從圖4的靜壓云圖可以看出，旋風(fēng)別離器中圓柱體

9、和椎體〔靠近內(nèi)壁〕的壓力較大， 而中心區(qū)域的壓力較小，但它們之間的差異并不明顯。 然后，我們分析如圖5所示沿Y軸方向的速度，圖中顯示左半局部藍(lán)色及綠色的柱 體和椎體，這意味著粒子移動(dòng)沿著 丫軸的負(fù)方向，即向內(nèi)垂直于紙張外表，而紅色 和黃色正好相反在右半局部，這意味著顆粒沿 丫軸正方向移動(dòng)。這也說明，氣流， 固體粒子流在Z軸的正方向以以順時(shí)針看，從壁面到中心速度降低。零速包絡(luò)線內(nèi) 的中心區(qū)，在這里速度幾乎為零。在集塵的低區(qū)有對(duì)應(yīng)的速度的差異，具有方向向 內(nèi)在左半局部垂直于紙張外表，在右半垂直于紙張外表向外，與上述圓筒局部的速 度的絕對(duì)值相對(duì)較小。 圖6粉塵含量=1%和入口沿Z軸的速度到達(dá)1

10、8m/s 的固體速度云圖 如圖6所示，固體速度的云圖中粉塵含量值為 1%，入口速度為18m/s。結(jié)果說明， 運(yùn)動(dòng)速度沿氣體管線的Z軸負(fù)方向（即朝上）上增大。對(duì)于旋風(fēng)別離器的圓柱體和圓錐 體來說，在它的內(nèi)壁附近是黃綠色的，即說明粒子的速度沿正 Z軸〔即垂直向下〕 方向增大，特別是在進(jìn)氣口附近，淺黃色代表速度較大，這可能是由于入口氣體的 驅(qū)動(dòng)引起的。在圓柱體和圓錐體的集塵區(qū)域，云圖顯示為黃色區(qū)域，這意味著粒子 在進(jìn)入集塵局部時(shí)的速度更快。對(duì)于圓柱體和椎體的中心局部，綠色逐漸加深，同 時(shí)沿Z軸的正方向〔即沿管線上升的氣體〕變?yōu)樗{(lán)色，這表示粒子的運(yùn)動(dòng)方向在變 化，速度也越來愈大，即在管線中氣體集

11、中向上并向出口加速流動(dòng)。但是，如圖 7 的矢量圖，在管線區(qū)域附近的氣體，也有一些不規(guī)那么的渦流，它在含有粉塵的氣 體附近改變了運(yùn)動(dòng)軌跡。讓一些剛剛進(jìn)到上升管的氣體直接進(jìn)入到管線內(nèi)，導(dǎo)致了 別離率的降低。 圖7固體速度沿Z軸方向的局部放大矢量圖 通過分析旋流器的雙方向的流場(chǎng)，得到的結(jié)論是：對(duì)于旋流器的別離效率來說沿切 向和軸向方向的速度占有主導(dǎo)地位。在徑向加速度產(chǎn)生前，使的粉塵顆粒產(chǎn)生一個(gè) 沿半徑方向從內(nèi)測(cè)向外側(cè)的離心沉降速度，將顆粒甩向壁面并別離。之后粉塵顆粒 沿軸從頂部到底部進(jìn)入到集塵容器內(nèi)，然后另一些粉塵粒子沿著上升的氣流從內(nèi)管 中逃逸。從這個(gè)可以看出，這兩個(gè)組件之間有一對(duì)主要的矛盾

12、，即旋風(fēng)別離器內(nèi)流 場(chǎng)的速度分量。 圖8粉塵含量=1%，入口速度=18m/s的固相圖 從圖8可以看出固體顆粒被緊緊地分布在椎體和集塵容器的壁面上，圖中顯示氣流 中的固體顆粒在盤旋氣流的離心作用下被別離出來。由圖 8可知，除了壁面之外在 其他區(qū)域內(nèi)沒有固體顆粒。分布在粉塵收集容器的小區(qū)域和少數(shù)量上粉塵導(dǎo)致氣流 中含有小局部粉塵。 B對(duì)氣固兩相流場(chǎng)中顆粒密度的影響 圖9速度=18m/s，不同密度下的靜壓云圖 如圖9所示，在速度為18m/s及其他條件不變的情況下，云圖中的顆粒密度從 左到右依次為0.1%，1%，5%。從圖中我們可以知道粒子的總壓隨著密度的增加而 增加，但壓力分布規(guī)律保持根本

13、不變，即在壁面附近壓力較大，在中心區(qū)域壓力較 小，而在上升管線中壓力到達(dá)最小。然而，當(dāng)隨著密度的增加，在壁面和中心區(qū)域 的壓力減小。 圖10速度=18m/s，不同密度下沿Z軸的固體速度 圖11速度=18m/s，不同密度下沿Y軸的固體速度 圖10是固體沿Z軸的速度云圖，粒子的密度從左到右分別為0.1%，1%和5%。 從圖10中可以看出，當(dāng)進(jìn)氣速度相同時(shí)，由其分布形態(tài)可知沿Z軸方向的速度隨著 密度的增加而減小。在低密度下，如 0.1%時(shí)，在筒體及椎體的壁面附近，速度在 Z 軸的正方向〔向下〕時(shí)很快的。而在中心區(qū)域的速度沿 Z軸的負(fù)方向增加，這導(dǎo)致 沿Y軸的負(fù)方向形成上下絕對(duì)值較大的回流。與密

14、度為 5%的云圖相比，可以看出， 粒子的運(yùn)動(dòng)方向根本保持不變。但是隨著密度的增加素的的絕對(duì)值變得越來越小。 關(guān)于上述靜壓數(shù)據(jù)的分析，可以推斷出，這可能是流場(chǎng)的壓力差的減少，而導(dǎo)致粒 子的運(yùn)動(dòng)速度變得緩慢。 第二，研究顆粒密度由左到右依次為 0.1% , 1%和5%的固體沿丫軸方向的速度。對(duì) 于與同局部固體速度的絕對(duì)值和速度方向在不同密度下幾乎相同。而對(duì)于圓錐局部， 其速度的絕對(duì)值隨著密度的增加而減小?？偠灾?，在不同顆粒密度條件下，速度 的分布及速度的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)在沿 丫軸方向幾乎保持不變，靠壁面的左半局部沿 丫軸負(fù) 方向運(yùn)動(dòng)，即垂直于紙面向內(nèi)。而右半局部沿 丫軸的正方向，即向外。從上升管線

15、 的入口觀察，其沿著順時(shí)針旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。在 丫方向上，粒子的運(yùn)動(dòng)速度和密度沒有明 顯的線性關(guān)系。 圖12速度=18m/s時(shí)不同密度固相的云圖 最后是在不同的粒子密度下，固相云圖低的比擬?？芍滔嘣茍D從左到右的密 度依次為0.1%，1%和5%，很顯然可知，顆粒密度從左到右遞增，緊貼壁面區(qū)域， 即集中在圓柱體，圓錐體的局部區(qū)域內(nèi)的固體顆粒也是遞增的。 5結(jié)論 在本文中，運(yùn)用CFD商業(yè)軟件FLUENT.1.2對(duì)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)別離器進(jìn)行數(shù)值模擬。 基于對(duì)旋流器的結(jié)構(gòu)和模型的深刻理解，研究在各種情況下的氣固流場(chǎng)，壓力變化， 速度變化及旋流特性等。 (1) 沿丫軸方向〔即切速度〕和沿Z軸方向〔即軸向速度

16、〕的速度在產(chǎn)生離心作 用方面占據(jù)了主導(dǎo)作用。氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和固體顆粒的別離過程都受到切向速度的 影響，但是關(guān)于局部的小渦流和二次對(duì)流的影響也不能被忽略。 (2) 在靜態(tài)壓力下，各個(gè)方向的速度和別離率都隨著氣體處理量的增加而增加。 流體沿著渦流的壁面向下旋轉(zhuǎn)，在渦流的外側(cè)壓力較高，而在渦流的內(nèi)測(cè)壓力較低， 在其中心的壓力是最小的。固體顆粒集中在壁的中間局部。 (3) 在各個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度隨著粒子密度的增加而減小。但是，在高密度下， 捕獲總粒子數(shù)的能力在一定程度下有所增強(qiáng)。但是將會(huì)加劇旋風(fēng)別離器壁面的磨損。 (4) 據(jù)推斷，當(dāng)速度為18m/s、粉塵含量為1%時(shí)，旋風(fēng)別離器的特性與經(jīng)驗(yàn)?zāi)?型

17、的計(jì)算結(jié)果最接近。 (5) 顆粒越大，旋流器的別離效率越高。在那些較小的顆粒中紊流流動(dòng)有更加 顯著的效果。因此，操作條件更容易影響其別離效率。 參考文獻(xiàn) [1] 羅小剛.氣-固兩相流旋風(fēng)別離器的數(shù)值模擬.上海：上海 交通大學(xué)，2006.(中國(guó)) [2] Alex C. Hoffmann , Louis E.Stein. Gas Cyclones and Swirl Tubes: Principles , Design and Operation , Springer-Verlag Berlin Heidelberg , 2002. [3] 周L.X，SL.洙.氣固兩相流和旋風(fēng)別離器的固體收集.粉體技術(shù)，1990， 〔63〕: 45-53.（中國(guó)） [4] 梁世范，朱超.氣固兩相流原理?劍橋大學(xué)出版社，1997.〔中國(guó)〕 指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名: