液固射流混合过程的模拟与实验研究

作     者：赵丽娟 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张志军

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：粉尘 气固两相 液气射流 数值模拟 Fluent 

摘      要：随着工业的发展,粉尘污染导致的环境问题日益严重。二氧化硅粉体在化工生产中有着广泛应用,将二氧化硅粉体加入乙二醇溶液中形成分散液,广泛应用于涂料、橡胶、皮革、塑料、印刷、纺织等行业中,具有增稠、触变等作用。二氧化硅粉体加料的过程中会产生大量粉尘,会导致长期工作的工人形成硅肺。针对二氧化硅粉体加料产生大量粉尘的现象,本课题引入射流泵,射流泵喷嘴出口处产生的负压能够有效抑制粉尘。为了进一步探究射流泵的效果,本文借助Fluent软件分别对二氧化硅粉体加料过程和射流泵内部流场进行数值模拟研究。本文的研究工作主要包括以下几点:（1）对粉体填料扬尘机理进行分析。通过相关公式计算和理论推导,探究了流场内粉体颗粒的受力情况,二氧化硅粉体加料过程中与空气相互作用,当粉体颗粒受到的气流阻力大于浮重时,粉体颗粒受力大于零,形成粉尘。（2）对二氧化硅粉体加料产生粉尘的过程进行数值模拟。借助Fluent软件对加料罐内部流场进行数值模拟,模拟了二氧化硅粉体加料质量流量对产生粉尘的影响。结果表明:质量流量越大,产生的粉尘量越多。（3）对液气射流泵内部流场进行模拟分析。采用乙二醇溶液为工作流体,利用Fluent软件模拟液气射流泵的内部流场,获得了内部流场的速度、压力等分布情况。研究了不同质量分数的乙二醇溶液作为工作流体对液气射流泵喷射性能的影响。结果表明:随着乙二醇溶液质量分数的增加,液体的粘度逐渐增加,导致引射系数逐渐减小。（4）模拟研究操作参数和结构参数对射流泵喷射性能的影响。①模拟研究了混合流体出口压力和工作流体进口压力对射流泵性能的影响。结果表明:随着混合流体出口压力的增加,引射系数逐渐减小,甚至出现回流现象;随着工作流体进口压力的增加,引射系数逐渐增加。②模拟研究了面积比和喷嘴距对射流泵性能的影响。结果表明:面积比存在最优值,最优值为4;喷嘴距存在最优值,本文建立的模型最优喷嘴距为70mm。（5）射流泵实验研究。对液气射流泵进行了实验研究,验证操作参数对射流泵性能的影响。结果表明:混合流体出口压力和工作流体进口压力对射流泵性能的影响与实验结果趋于一致,验证了模型的可靠性。