烟气脱硫系统中固—液分离旋流器的三维数值研究

论文摘要

电厂石灰石-石膏湿法脱硫工艺中的旋流器,是一种分离非均相混合物的设备,主要是对石膏浆液进行浓缩和颗粒分级。为解决目前电厂应用的石膏旋流器的实际运行数据与设计数据偏差较大、石膏浆液易堵和磨损严重等问题,及加快石膏旋流器的国产化进程,对旋流器分离性能的研究具有重要意义。本文采用商业软件Fluent,基于雷诺应力（RSM）模型、混合模型对石膏旋流器内部流场进行了数值模拟。首先对旋流器的单相流场进行数值模拟得到了其内部流场的速度分布特性、压力分布特性规律。然后对旋流器的两相流场进行数值模拟,得出了两相流场的分布规律与溢流管壁厚、溢流管伸入长度、溢流管与底流管径比及入口压力变化对分离效率的影响关系。为了验证两相流模拟结果的准确性,对石膏旋流器进行了实验研究,研究表明压力-分离效率关系的实验结果与模拟结果能够保持一致,平均误差在5%以内,说明本文所选用的模型和算法是可行的。最后,对石膏旋流器的入口结构和圆柱段结构进行了优化,结果表明:螺旋线入口的切向速度比直切入口的切向速度有了显著的提高,分离性能得到了改善;球柱体结构比原始结构有更稳定的流场,短路流有所减弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 旋流器分离理论研究
• 1.2.2 旋流器分离实测研究
• 1.2.3 旋流器分离模拟研究
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 旋流器基础理论
• 2.1 旋流器基础理论
• 2.1.1 旋转流体的基本方程
• 2.1.2 强制涡与自由涡运动方程
• 2.1.3 组合涡运动方程
• 2.1.4 两相流中受力分析
• 2.2 旋流器工作原理
• 2.3 旋流器流速分布
• 2.3.1 切向流速分布
• 2.3.2 轴向流速分布
• 2.3.3 径向流速分布
• 2.4 旋流器性能参数
• 2.4.1 生产能力
• 2.4.2 分离效率与折算分离效率
• 2.4.3 级效率
• 2.4.4 压力降
• 2.4.5 能耗
• 2.5 本章小结
• 第3章 石膏旋流器单相流数值模拟
• 3.1 几何结构建模
• 3.1.1 石膏旋流器几何结构
• 3.1.2 网格划分
• 3.1.3 湍流模型
• 3.2 边界条件及控制参数
• 3.2.1 边界条件
• 3.2.2 控制参数
• 3.3 单相流场数值计算结果及分析
• 3.3.1 切向速度特性分布
• 3.3.2 轴向速度特性分布
• 3.3.3 径向速度特性分布
• 3.3.4 压力特性分布
• 3.4 本章小结
• 第4章 两相流数值模拟及实验研究
• 4.1 多相流计算模型
• 4.2 固-液两相流模拟结果及分析
• 4.2.1 速度场分析
• 4.2.2 压力场分析
• 4.3 实验研究
• 4.3.1 实验介绍
• 4.3.2 实验验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 石膏旋流器结构优化
• 5.1 入口结构优化
• 5.2 柱段结构优化
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢
• 论文摘要