旋风除尘器内粉尘浓度分布的数值研究[范文]

         摘要：本文基于FLUENT软件研究了不同条件下的旋风除尘器内的粉尘浓度分布情况，分析了气流对颗粒的相互作用，为进一步研究旋风除尘器内的流动机理，改进旋风除尘器性能提供了数据支持。

本文的主要内容包括：旋风除尘器以及FLUENT的基本理论知识；根据设计任务书，计算出旋风除尘器的几何尺寸；进行GAMBIT建模以及划分网格；简述了应用FLUENT进行模拟运算的步骤，包括模型选择、边界条件等有关参数的设置。

在使用FLUENT进行模拟计算的过程中，首先计算连续相流场，在计算的连续相流场上，使用随机轨道模型模拟粉尘的浓度分布情况。

旋风除尘器内粉尘浓度分布的数值表（示意图）

通过上述的模拟计算方法，通过比较入口速度为20m/s，颗粒密度ρt=2500kg/m3时，不同粒级颗粒流场单向耦合计算结果与双向耦合计算结果，分析了单向耦合法与双向耦合法的区别；得到了旋风除尘器不同粒径、不同密度级、不同入口速度下的颗粒浓度分布情况；同时得到了壁面恢复系数、颗粒分布方式对于颗粒浓度分布情况的影响。

1.1  研究背景

旋风除尘器是使含尘颗粒随气流作旋转运动，颗粒受离心力从气流中分离出并被捕集于器壁，再借助重力作用使尘粒落入灰斗内达到气固分离效果的一种分离装置，其主要功能是尽可能去除输送介质气体中携带的固体颗粒杂质，达到气固分离，保证设备的正常运行。旋风除尘器因为具有结构简单、操作维护简便、操作弹性大、分离效率高等优点，所以广泛用于石油、化工、机械、冶金等高温、高压、耐腐蚀等工业领域[1]。 由于旋风除尘器内部的分离过程是一种极为复杂的三维气固两相湍流流动，致使理论与实验研究极为困难，至今人们仍对旋风除尘器内的运动机理不甚了解。

近年来随着计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术的迅速发展，国内外学者越来越多地采用CFD技术来解决旋风除尘器流体力学问题。CFD技术诞生于上世纪初，于七十年代后期，其理论和方法有了巨大突破后期，逐渐发展为一个独立学科。其发展历程大体可以分为三个阶段：第一阶段为初始阶段（1965-1974），在这一阶段主要研究解决了CFD技术存在的一些理论问题；第二阶段为工业应用阶段（1975-1984），在这一阶段，主要研究了CFD技术在工业上的应用问题，包括解决验证在具体工业应用中CFD技术的可行性、可靠性以及工业应用推广等问题；第三阶段是快速发展阶段（1984-至今），CFD技术在工业应用设计方面的研究得到了学术界的肯定，取得了丰硕的成果，但广泛应用于工业生产，还有待于理论知识和软件的进一步完善发展。

CFD技术通过对计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和能量交换等相关物理现象进行系统的分析。把原来时间域及空间域上连续的物理量的场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，通过求解获得场变量的近似值。CFD简单来说，相当于在计算机上虚拟的做实验，用仿真软件模拟实际流体的流动情况。其基本原理是用数值求解控制流体流动的微分方程，得到流体流动流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体的流动情况。

CFD软件一般包括三个主要部分：前处理器、解算器、和后处理器。前处理器主要是用于建立模型，网格生成；解算器是进行具体的数值运算；后处理器的作用是具体演示运算的结果。常用的CFD软件主要有：FLUENT，PHOENICS，CFX，FIDAP等。

CFD仿真模拟技术具有成本低、速度快、资料完备且能模拟各种不同工况等独特的优点，且CFD方法可以克服理论分析方法和实验测量方法的弱点，在计算机上实现特定计算，所以越来越受到学者与技术人员的喜爱。