旋风分离器模拟计算开题报告.doc

青海大学毕业论文（设计）开题报告申请课题 旋风分离器模拟计算 学 号 班 级 专 业 申 请 者 联系电话 Email ： 指导教师 申请日期 XX大学XX学院化学工程系填写说明1. 毕业论文（设计）的选题应以专业课的内容为主，可以针对某些基础理论和学术问题进行探讨，也可以结合科技生产和社会生活的实际问题进行研究、开发与设计。2. 毕业论文（设计）一般为一人一题。若需二人以上共同完成，须由指导教师提出并经院、系（部）负责人批准。大题目的总体设计每个同学都要参加，其余部分应做到分工明确，每个学生必须独立完成其中的一部分工作，并独立撰写各自的毕业论文（设计）。所有学生的选题经研究确定后，一般不允许中途更改课题。特殊情况需要更改课题者，填写青海大学毕业论文（设计）选题变更申请表说明理由，并经指导教师，教学院、系（部）同意后方可更改。3. 本开题报告最迟应在开始毕业论文（设计）的前两周确定，并上报给指导老师，必须经指导老师和院、系（部）批准方才有效，否则无效。4. 本开题报告使用A4纸张，上、下、左、右页边距均为2.5cm，请不要改变本开题报告页面设置。所有自己书写的内容请使用楷体。研究课题名称旋风分离器模拟计算起止年月XXXX年XX月 XX 日 XXXX年XX 月XX日成果形式论文申请者姓名性别班级指导教师姓名性别职称课题组成员学号姓名性别班级在本项目中的分工研究（设计）项目主要内容 在青海碱业有限公司、青海黎明化工厂实习的基础上，通过收集数据、查阅相关文献资料；确定旋风分离器的结构和工作原理；确定计算方法和模拟工具软件；独立完成旋风分离器的模拟计算；模拟计算结果分析。拟采取的研究（设计）方法和技术路线（包括研究（设计）工作的总体安排、步骤和各时间段的工作任务等）研究方法 软件模拟技术路线 1在青海碱业有限公司、青海黎明化工厂进行实地实习，收集实际生产中的数据； 2查找与旋风分离器相关的各类文献； 3确定旋风分离器模拟方法及工具软件;4完成旋风分离器模拟计算； 5 模拟计算结果的分析。设计工作的总体安排、步骤和各时间段的工作任务第一阶段：2013年3月26日2013年4月8日。收集课题相关的文献资料，并进行深入了解，掌握旋风分离器的结构，确定本设计的设计思路和研究方向，撰写开题报告。第二阶段：2013年4月9日2013年4月22日。对设计任务的相关理论知识，进行深入研究，整理收集到的数据，计算方法和计算公式，按设计要求计算数据，进行模型的建立。第三阶段：2013年4月23日2013年5月20日。在模拟计算的基础之上，根据实际情况对模型的关键边界条件进行校正，并对模拟结果作分析。第四阶段：2013年5月21日2013年5月27日。根据最终的模拟结果，整理相关的材料，撰写毕业设计说明书第五阶段：2013年5月28日2013年6月8日。根据指导教师、评审教师的参考意见，对毕业论文内容进行修改和纠正，准备毕业答辩。 第六阶段：2013年6月11日2013年6月15日，毕业答辩。最终成果描述：毕业论文本研究（设计）项目的背景、意义和应用前景，国内外研究（设计）概况，发展趋势，立论依据，本项目的特色或创新之处，研究（设计）方案的可行性分析和已具备的研究（设计）条件以及主要的参考文献、软件等）： 1 选题的背景、意义和应用前景1.1 选题背景及意义近年来，随着人们环境保护意识的加强，以旋风分离器为代表的各类除尘设备已经成为防治大气污染的主力军，在消除大气污染、保障人类健康及生态环境方面发挥着重要作用。旋风分离器是一种利用气固两相流的旋转运动，使固体颗粒在离心力的作用下从气流中分离出来的设备。由于它结构简单、设备紧凑、无相对运动部件、价格低廉、操作维修方便，且可以满足不同生产中的特殊要求，因而成为最常用的一种分离、除尘设备，已被广泛地应用于气体净化、固体颗粒的分离回收、环境保护等方面的工作。旋风分离器作为常用的气固分离装置，其应用历史虽然已有一百余年了，但总的发展情况却是理论研究始终落后于实践。由于旋风分离器的工作过程是一种极其复杂的三维强旋转湍流、两相分离运动，且涉及气固相互作用以及凝聚、破碎、吸附和静电等许多物理现象，致使理论研究遇到了许多现代流体力学中尚未解决的难题，仍无法全面掌握其气流运动的内在规律，更不能从理论上建立一套完整成熟的通用数学模型，致使各种旋风分离器的设计开发工作和操作运行都带有浓厚的经验主义。因此，深入研究其内部的流场分布具有重要的意义。随着工业的发展，旋风分离器的应用范围越来越广泛，越来越受到工程界的重视。因此，我们有理由相信，在不久的将来，随着研究的不断深入，人们会开发出更多适用于不同行业的旋风分离器，其性能将不断提高，从而促进各个应用领域的发展。2 国内外旋风分离器研究现状与趋势 2.1 国外研究现状Dietz于1981年基于Ter Linden的实验结果，将旋风分离器内的气固两相分离区域划分为三个区域即：入口分离区域、下降流分离区域和上升流分离区域，并根据D.Leith和W.Licht的横向混合模型的思想，推导出了旋风分离器内气固两相分离模型。在筒体直径为200mm的旋风分离器上，采用燃煤飞灰作为固相颗粒进行分离实验时，模型的预测结果与实测结果比较吻合。Mothes和Loffier于1988年将Dietz三个分离区域的假设扩展为四分离区域，即在原有基础上增加了排气管分离区域，从而修正了Dietz模型对于分离过程预测的不连续性，引入粒子沉降系数修正了旋风分离器内、外涡固相的浓度扩散效应，并考虑了排尘口底部的返混现象和浓度的径向梯度变化，提出了另一分离模型，模型的假设条件比较接近旋风分离器内的实际分离状况且考虑较为全面。在筒体直径为190mm的旋风分离器内，该模型的预测结果与实测结果相吻合。Chft等于1991年根据已有的实验数据比较了D.leith和W.hcht模型、Dietz模型及Mothes和Loffler模型三种旋风分离器内气固两相分离模型。结果表明，D.Lerth和W.Licht模型在计算气流在旋风分离器内的平均停留时上有一定的局限性，并在假设条件下重新推导了D.leith和W.hcht模型，计算结果表明分级效率图为S形曲线；Dietz模型亦存在同样的问题，但在小直径旋风分离器的固相颗粒物分级效率预测上，Dietz模型仍具有一定的准确性；而Mothes和Loffler模型总体上优于其它两个模型1。W.S.kim和J.W.Lee于1989年同时考虑湍流扩散和边界层固相颗粒的沉降作用，将旋风分离器部分分为两个主要的分离区域即湍流核心区和近壁边界层区，根据Mothes和Loffler以及Euliang和Yingmin分离模型，推导出了基于边界层特性的旋风分离器气固两相分离模型，并于2001年在此基础上改进，与实验对比的结果表明该模型的实用性较好。但边界层条件的简化仍需进一步探讨。2.2 国内发展现状 国内关于旋风器分离模型的研究较晚，大约始于20世纪90年代，并有相当一部分借鉴了国外旋风分离器的分离模型和研究思想，代表性的研究有：向晓东于1990年考虑固相颗粒在旋风分离器内的输运过程，引入了分离空间的概念。通过简化气体流动和颗粒运动的数学模型，得出在适当边界条件下的旋风分离器分离效率计算公式，并与国内外典型的实验结果比较验证，结果较为一致2。陈建义、时铭显于1993年认为Leith和W.Licht以及Mothes和Lomer模型对于尺寸较大，流量也较大的旋风分离器的计算结果误差较大，并在PV型高效旋风分离器内部流场及浓度场测定的基础上，考虑了旋风分离器的短路流、颗粒间的相互碰撞、返混等对分离性能的影响，建立了旋风分离器分级效率的多区计算模型，该模型在PV型旋风分离器上与实测结果较为一致，但在其它类型旋风分离器上的适用性仍需进一步探讨3。张从智等于1990年在边界层分离理论的基础上，考虑了旋风分离器内部主要结构参数以及固相颗粒的特性和运行参数的影响，以及旋风分离器内的三维速度（尤其是轴向速度和径向速度）分布规律，建立了旋风分离器分级效率的数学模型，该模型计算结果与长锥型和直锥型旋风分离器的实验结果符合较好，而且与D型、B型旋风分离器的实验结果也符合较好4。刁永发等于2000年以平衡尘粒模型及相似理论原理分析为基础，根据木村典夫分离模型，给出了高温旋风分离器的分级效率的计算方法，对反映了其在高温状态下的分离特性的参数分割粒dc50。和分布指数n进行了分析，并与Stairmand高效旋风分离器进行试验对照5。王广军、陈红于2001年考虑了径向浓度梯度以及重力沉降和径向加速过程对固相颗粒分离的影响，建立了锅炉细粉分离器的分离效率的计算模型。该模型认为，当分离器进口风速较低及固相颗粒粒径较大时，重力沉降及径向加速过程对分离效果的影响不容忽视，并对已有的分离模型中有关简化条件的实用范围进行了分析6。各研究基于不同理论，应用不同方法，从不同角度阐述了各自理论，或者在前人的研究上进行改进，使模型更趋于合理化，从而对旋风分离器的分离特性的研究更进一步。2.3 流场研究方法 目前，对于流场的研究方法主要有两种：实验测量和理论分析计算，其中理论分析计算又以数值模拟为主。实验测量方法所得到的实验结果真实可信，它是理论分析和数值方法的基础，其重要性不容低估。然而，实验往往受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度的限制，有时可能很难通过实验方法得到结果。此外，实验还会遇到经费投入、人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困难。 数值模拟属于计算流体力学(CFD)的范畴，是在计算机技术的飞速发展和数值计算方法发展的基础上发展起来的一种新型的研究方法。CFD 的长处是适应性强、应用面广。首先，流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而用CFD 方法这有可能找出满足工程需要的数值解；其次，可利用计算机进行各种数值试验，例如，选择不同流动参数进行物理方程中各项有效性和敏感性试验，从而进行方案比较。再者，它不受物理模型和实验模型的限制，省钱省时，有较多的灵活性，能给出详细和完整的资料，很容易模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真实条件和实验中只能接近而无法达到的理想条件。3 参考文献1 Clift R，Ghadiri M A，Hoffman C.A critique of two models for cyclone performanceJ.AICHEJ，1991， (37)：285289.2 向晓东.计算旋风器分离效率的一种新方法J.通风除尘，1990，47(2)：17.3 陈建义，时铭显.旋风分离器分级效率的多区计算模型J.石油大学学报(自然科学版)，1993，17(2)：5458.4 张从智，叶龙，沈恒跟等.高效旋风分离器分级效率理论