DOC《南京师范大学》

南京师范大学 本科毕业论文学生姓名: 任甘宁 学号:

21080609 院 (系): 能源与机械工程学院 专业: 机械工程及其自动化 专业方向: 机电一体化 题目: 工业旋风分离机主体尺寸间的最佳比例研究 指导教师: 刘巍论文工作时间:

2012 年03 月至2012 年05 月目录摘要

1 Abstract

2 第1章 绪论

3 1.

1 研究背景与意义

3 1.2 课题研究进展

3 1.2.1旋风分离技术

3 1.2.2旋风分离器的结构改进

4 1.2.3 CFD理论及应用进展

8 1.3 课题的研究重点

14 第2章CFD模拟计算与设备尺寸优化

15 2.1旋风分离器的尺寸参数

15 2.2内部流场的CFD模拟

15 2.2.1 CFD理论方程

15 2.2.2计算流程

17 2.2.3 模拟计算参数

18 2.2.4 计算网格及边界条件

19 2.3 计算结果与分析

20 2.3.1模拟计算结果

20 2.3.2 优化后的流场考察

23 第3章 结论

24 参考文献

25 致谢

28 摘要针对工业生产中有着广泛应用的旋风分离器,为进一步提升其生产操作性能及降低操作压降,在文献调研的基础上,基于现代流体力学计算与分析,及结合均匀设计法,初步开展其设备主体尺寸间的最佳比例研究.结果表明,在模拟所拟定的设备主体圆筒直径为100mm的条件下,当分离器的主体圆筒高度200mm、下锥体高度200mm、进口直径48.5mm、及出口直径51mm时,亦即它们各自与设备圆筒主体直径之间的大小比例分别为2.

0、2.

0、0.485和0.51时,操作的风动力压降将降至最小,此时室内的流场分布亦较佳. 关键词:旋风分离器,流体力学计算,设备尺寸,设计优化 Abstract Cyclone has wide application in industrial production,in order to further enhance its production and operating performance and lower operating pressure drop,on the basis of literature research, based on modern computational fluid dynamics analysis, and the combination of uniform design method, initially to carry out the optimum ratio between the size of its equipment. The results show that, in conditions of analog devices prepared by the main cylinder diameter of 100mm, when the main body of the separator cylinder height of 20mm, Under the cone height of 200mm, inlet diameter of 48.5mm, and the outlet diameter of 51mm. That is the size of the ratio between their respective equipment cylinder body diameter of 2.0,2.0,0.485 and 0.51.Operation of wind power voltage drop to minimize and the indoor flow field distribution are better. Keywords: Cyclone ;

Computational fluid dynamics ;

Size of the equipment;

Design Optimization ;

第1章 绪论 第1.1节 研究背景与意义 旋风分离器作为一种重要的气固分离设备,广泛应用于制药、化工、环保等重要领域.由于其结构上的可设计性,世界上越来越多的研究者投入到旋风分离器的结构改进研究开发中. 经过近几十年的快速发展,我国的旋风分离器虽然已经结束了完全依赖进口的被动局面,但总体而言,与国外的同行业相比,国内的旋风分离设备的设计技术目前仍不够成熟,多数仍是在借鉴国外同类技术的基础上小幅改进而成.在设计过程中,通常均采用模拟设计和相似设计的办法,绘制样机,然后按照约定比例进行放大或缩小,其间再对部分不完善的地方进行改进和革新,以此适应自身的生产条件或扩展生产能力.显然,诸如此类的设计流程和方法势必将存在较大的先天不足或缺陷,不仅具有较高的盲目性和风险性,如只有待样机制造出来后方可验证设备是否符合要求,另一方面也极大延长着设计周期,导致生产产品的更新换代滞后,成本攀高,故亟待进一步革新与改进. 第1.2节 课题研究进展 1.2.1 旋风分离技术 1.2.1.1 技术简介 制药化工生产中所用的离心分离设备主要有旋风分离器、旋液分离器和沉降离心机等,其中旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气流中分离出含尘颗粒的设备.它具有结构简单、制造方便和分离效率高等优点. 旋风分离器作为一种重要的气固分离设备,由于其具有结构简单、无运动部件、分离效率高、维修方便以及能在高温高压下工作等优点,广泛地应用于制药、化工、石油、环保、食品等工业领域.自1886年Morse设计的第一台圆锥形旋风分离器问世以来,旋风分离器的发展经历了不同的阶段,出现了传统型、螺旋型、旁路型、扩散型等各种样式的旋风分离器.其中,传统型旋风分离器的研究较成熟,但由于存在分离器顶部因二次流形成的 上灰环 、排气管下口附近的 短路流 及排尘口附近的 粉尘返混 ,导致其分离性能降低.从结构决定性能的角度出发,探索新构型应该是获得性能突破的唯一途径. 1.2.1.2 操作原理 旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气流中分离出含尘颗粒的设备.它具有结构简单、制造方便和分离效率高等优点. 标准型旋风分离器的结构如图1-1所示,其主体上部为圆筒形,下部为圆锥形.工作时,含尘气体由圆筒上部的长方形切线进口处进入,然后沿圆筒内壁旋转向下作螺旋形运动.由于惯性离心力的作用,颗粒被甩向器壁而与气流分开,再沿壁面落至锥底排灰口.净化后的气体运动至圆锥底部附近时,转变为轴中心处的上升气流,最后由上部出口管排出. 下行的螺旋形气流称为外旋流,上行的螺旋形气流称为内旋流.内、外旋流气体的旋转方向相同,而外旋流区的上部是主要的除尘区.旋风分离器内压强的大小是不同的,器壁附近压强最大,愈靠近轴心,压强愈低,中心轴处为负压气芯(由排气管入口至底部出灰口).因此,若出灰口密封不严,则会漏入气体,使粉尘重新卷起,严重降低分离效率.旋风分离器常用于去除气流中直径大于5(m的颗粒. 图1-1 气体在旋风分离器内的运动 1.2.2 旋风分离器的结构改进 1.2.2.1 进气口结构改进 进气口结构对旋风器的分离性能有很大影响,由于传统进口结构的旋风器内部流场的轴不对称性,不仅阻力损失大,还增加排气口处短路流的影响.随着人们对传统切向进口的认识,研究者设计了蜗壳进口、螺旋面进口和轴向进口等新构型取代传统的切向进口.研究表明,蜗壳式进口更适宜造旋,分离空间切向速度大,但流场不对称;