水泥气力卸船机分离器的设计与研究

作     者：许胜涛 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾亿山

授予年度：2019年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：水泥分离器 卸船效率 气固两相流动 数值模拟 流场稳定性 

摘      要：随着建设需求的不断提升,水泥卸船效率的不足,导致港口卸船占据了大量的时间和空间,且经常导致环境的污染,主要原因是水泥与空气分离效率不足。为了提高水泥分离器的卸船效率,需要设计出合理结构和大小的分离器,并且能够满足卸船效率需求和绿色环保理念。本文通过查询国内外分离器的发展现状,对分离器内水泥颗粒进行力学分析,并得到水泥颗粒运动的影响因素。针对这些影响因素,借助ANSYS Fluent软件,Euler气固两相流分离模型的数值模拟方法,考察分离器入口大小、入口形状、入口数量、入口对称性、筒体直径、筒体竖直部分与锥形部分高度比以及筒体锥形部分倾角等方面对分离器内水泥颗粒沉淀量、出口逃逸和混返量、流场稳定性以及运动轨迹等的影响规律。得出以下结论:(1)在水泥颗粒等微小颗粒气固两相分离中,旋风分离能合理的利用了分离器内高速运动的两相流体运动而分离开来,效率普遍比其他方式好。(2)在入口流量和筒体大小相同等条件下,分离器的分离效率与入口大小、入口形状、入口数量、入口对称性等有关。在入口轴向宽度为0.4m、径向宽度为0.25m、入口流速为10m/s、双入口轴对称分布的条件下分离器的性能更好、流场更稳定、混返和逃逸颗粒量更少、分离效率更高。(3)在入口流量和大小相同等条件下,分离器的分离效率与筒体直径、筒体竖直部分和锥形部分高度比、筒体锥形部分倾角等有关,但对流场的稳定性影响较小。在筒体直径较大不利于颗粒的沉淀效率,筒体直径较小出口颗粒逃逸量较多;高度比越大分离效果越低,高度比越小出口颗粒逃逸量越大;合理的范围内增加筒体锥形部分倾角有利于提升分离效果和降低混返现象。综合这些影响规律,设计出了合理结构和大小的分离器,再结合数值模拟结果表明设计出的分离器满足港口高效率、占用空间小和绿色环保的设计要求。