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旋风分离器是一种利用气-固两相流体的涡旋运动使固体颗粒在离心力的作用下从气流中分离出来的设备,它具有结构简单、操作维护简便、制造安装价格低等优点,被广泛应用于石油、化工、冶金等领域。由于其内部流场具有强旋流湍流特征,气流和颗粒的运动十分复杂,传统的实验方法很难深入研究其内部流场规律和分离机理,随着计算流体动力学的发展,数值仿真分析成为研究旋风分离器的主要手段。 旋风分离器的工况和结构参数会对其性能产生决定性影响。对于一个给定的旋风分离器,其工况参数包括颗粒半径、颗粒密度和入口速度,由于工况参数可以在一定范围内变化,因此需要讨论分离器的适用性,为分离器在不同工作环境下工作参数的选择提供理论依据。 同时,在一定工况下旋风分离器的结构参数决定了其性能,因此基于多结构参数变化的性能优化成为受人关注的工程问题,由于分离器结构参数变量较多,理论上会产生多种组合结构形式,逐一研究势必造成工作量巨大,寻求多参数变化的结构优化方法具有重要意义。 为此本文主要进行了以下几个方面内容的研究: 1.采用RNGk-ε模型计算旋风分离器内气相紊流,采用离散相模型(DPM)模拟固相流场颗粒轨迹,在此基础上,引入正交试验法讨论在不同颗粒粒径和颗粒物密度条件下旋风分离器的进气口速度与分离效率之间的关系。 2.研究与分离效率相关联的不同旋风分离器分割粒径,为此构造一种迭代格式,通过数值仿真和迭代计算,得出4种不同风速条件下3种不同旋风分离器的分割粒径。 3.采用RSM模型对旋风分离器内气-固两相流进行数值分析,以回归正交试验法设计实验方案,在此基础上分别建立旋风分离器的压降和分离效率对其结构参数的回归数学模型。根据该数学模型以压降小,分离效率高为目标,进行多目标优化得到最优旋风分离器结构参数。