| 作者： | M’BOUANA Noé-Landry-Privace |
| 专业： | 热能工程 |
| 导师： | 陆慧林 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 关键词： | 旋风分离器;气固流动;分离特性;数值模拟 |
| 摘要： | 多相流是一种在自然界和工业过程中很常见的物理现象，实际生活中也有很多方面涉及到多相流动，比如扬尘、泥石流、沙尘暴、气力输送、煤粉燃烧产物的分离与捕集等等。此外，多相流动现象还大量出现在在石油化工、流化床反应器、固体火箭喷管和材料工业等领域。 在工业应用中，我们经常需要考虑如何分离多相流体。在许多工业工程中，比如矿物加工、食品加工、土壤改良、废物处理、石油提纯等，都包含有颗粒分离现象。 目前，在气固分离方面已经有一些比较成熟的技术和设备，布袋除尘器、电除尘器和旋风分离器都是使用较广的气固分离手段。一些分离器可能不适用工业生产，但是旋风分离器在分离多相流体中的固体颗粒方面有着很好的效果。并且旋风分离器在很多工业领域都有着广泛的应用，比如在石油化工中从气流中分离出灰尘以及在工业过程中进行产品修复。 在过去的十年里，科研工作者通过一系列的实验研究和数值模拟来提高旋风分离器的性能，通过修改一些参数来修正分离器的参数是研究手段之一。然而，影响旋风分离器和气固两相流动的因素是非常复杂的，并且其中涉及到大量的流体力学、传热传质、热力学、燃烧学等方面的内容。 旋风分离器是离心力分离技术应用的典范，现在的研究旨在拓展旋风分离器已成的知识体系。目前研究的主要目标是运用不同形式的旋风分离器进行稠密气固分离。本文研究的主要范围如下所示： (1)对由传统的旋风分离器产生的气固流动进行了数值模拟，该分离器有四个不同形式的进口结构。在这个章节中，我们采用FLUENT中的RNG k-ε和RSM模型对旋风分离器中的气流和颗粒流进行数值模拟。依据速度分布，压降和分离效率对湍流模型，固相的入口体积分数和入口结构的作用进行了考察。 (2)对方形旋风分离器中的气体和颗粒的流动进行了CFD模拟。RNG k-ε模型和RSM模型用来模拟气体的湍流，欧拉法模拟气固两相流动。通过切向速度、静压力和压降在流场中的等高线和固体体积分数对流动进行了检验。讨论了湍流模型和固体体积分数对方形旋风分离器的影响。模拟结果表明，随着固体体积分数的增加压降增加，并且压降随着两个湍流模型的入口速度的增加而增加。同时，本文比较了两种数值模拟结果中的压力场。综上所述，相比于RNG k-ε模型，用RSM模型模拟可以获得更高的压降。运用RSM模型可以获得更好的强制涡流和自由涡流，并且能够更好的反应旋风分离器壁面发生强烈的涡流这一现象。结果表明不同进口结构的方形旋风分离器可以增加压降和降低分离效率，该结果可以表示成进口角度的一个函数。需要注意的是，旋风分离器的入口角度对压降和捕集效率的影响效果是相反的。增加进口的宽度会进一步的节省驱动能耗但是会导致收集效率的降低。 (3)湍流模型（RSM和RNG k-ε模型）和欧拉法被联合使用去研究和描述稠密流体流动和水平旋风分离器分离现象。依据流场的分布和分离性能对湍流模型和入口固相体积分数的影响进行了分析，结果表明水平旋风分离器中的压降随着固相体积分数的增加而增加，但是捕集效率随着固相体积分数的增加而降。 |