基于Fluent的旋流板塔数值模拟与优化研究

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本文在前人对旋流板分离技术的研究和应用基础上,提出将旋流板塔(Rotating Stream Scrubber简称 RSS)应用在涂装废气除尘、除雾处理当中。叙述了旋流板分离技术的工作原理,总结了旋流板塔的应用与发展现状,对旋流板塔分离过程做了一定理论分析,了解旋流板结构参数对旋流板塔分离性能的影响。同时简述了计算流体力学的基本特点及其应用前景。  通过流体力学计算软件Fluent对选取的9种旋流板参数的塔体模型进行数值模拟研究。针对旋流板塔内流场的特点,进行合理的简化与假设,对于连续相介质的计算采用 RNG k-ε模型,离散相颗粒采取了基于 Lagrange观点的DMP模型,选择 SIMPLE算法进行计算。经过数值模拟计算,获得旋流板塔的压力损失、分离效率及分离颗粒临界直径;运用 Minitab统计、分析旋流板结构参数对旋流板塔分离性能的影响规律。  根据统计分析的结果,对旋流板参数进行优化并在不同工况条件下进行数值模拟。获得优化后模型内速度、压力分布特征和颗粒的运动轨迹,并由此揭示了旋流板塔能量损失和分离机理。数值模拟结果表明,旋流板塔内速度场、压力场基本呈轴对称分布,轴心处较低,壁面附近最大,在盲板上形成回流,对颗粒分离不利;入口风速变化对旋流板塔内流场分布特征影响不大,只是影响流场的最大值和变化幅度;其阻力损失与入口速度变化基本呈线性关系,且阻力损失相对较小;离散相颗粒越大、入口风速越大,分离效果越好;旋流板塔内塔板上存在径向速度零面,说明旋流板塔内分离过程存在低效段,而且该零面与塔板的距离只与塔板结构参数有关,与入口风速无关,该距离对于确定塔板层间距具有重要影响;多层塔板可以提高塔内切向速度,对提高小颗粒分离效果有利。  对优化后旋流板塔数值模拟结果进行处理,得出优化后旋流板塔分级分离效率、阻力损失和离散相路径及存在时间。与其他模型相比,该优化后的旋流板塔在阻力损失增加很少得情况下具有更好的分离性能:更小的分离颗粒临界直径和一定粒径范围内较高的分离效率。从样机的实际运行状况来看,该旋流板塔能较好的解决目前存在的问题,同时说明 CFD模拟结果对旋流板塔的设计和优化具有一定的理论指导意义。
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