出入口结构及入口气速对旋风分离器内旋流非稳态特性的影响

作     者：董振洲 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨景轩

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：旋风分离器 内流场 旋进涡核 颗粒返混 径向汇流 

摘      要：旋风分离器的内流场是三维强湍流场,对不同结构的旋风分离器的内流场进行研究分析,能够为提高旋风分离器的捕集效率提供依据。现代高效旋风分离器已能基本除净粒径大于10μm的颗粒,但对于5μm以下的超细颗粒的捕集能力仍需进一步挖掘。在旋风分离器的内流场中,旋进涡核(Precessing Vortex Core,简称PVC)旋转特性能够明显的影响小颗粒的逃逸。本文应用计算流体力学模拟方法对不同插入管直径De和旋风分离器横截面积与入口面积之比K下的旋风分离器内的流场进行模拟,获得了入口气速与进、排气结构尺寸对切向速度和轴向速度、短路流量、涡核的旋转频率以及涡核中心偏离分离器几何中心的距离的影响规律。并得到了它们对颗粒收集效率、返混夹带率和短路流逃逸率的影响。通过对模拟结果的进一步分析,发现在排尘口处加设顶锥可以削弱涡核摆动。通过稳涡结构与无稳涡结构的对比,定量描述出入口气速、涡核旋转频率及摆动幅值、颗粒返混情况三者之间的量化关系。同时,探讨了旋进涡核在排尘口处的失稳现象产生的原因。论文主要内容和结果有:(1)分析了设备出入口结构与气速变化对旋风分离器内流场中最大切向速度的分布规律,并得到了切向速度随De、K的变化趋势,及顶锥对切向速度造成的影响。(2)对比研究了设备出入口结构对旋风分离器内流场中轴向速度分布趋势,发现了De、K和顶锥对滞流层及上下行流分界面直径的影响规律。(3)考察了设备出入口结构对旋风分离器的短路流影响程度,总结出短路流量大小、位置和发生区域随De与K的变化规律及顶锥对短路流的影响。同时,分析了三者对下行流的影响。(4)描绘出了不同结构参数与气速下旋进涡核的旋转特性并总结了其变化规律。(5)细化了颗粒收集效率、返混夹带率和短路流逃逸率三者与结构参数之间的关系,并建立了涡核旋转特性与返混夹带率的模型。(6)提出了汇流损失超过某一阈值后会造成排尘口处的旋进涡核产生失稳现象这一概念。