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电解铝残阳极清理局部排风罩气流场的数值模拟

作　者: 王华男
导　师: 王思平
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 电解铝残阳极局部排风罩流场 CFD模拟 FLUENT
分类号: TU834
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 34次
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内容摘要

铝用阳极是电解铝生产的主要原料之一,它要求有好的阳极质量,以确保电解生产的正常、平稳、高效运行。残阳极的清理直接关系到残阳极的回收再利用的质量优劣,但在残阳极清理工艺中所产生的大量粉尘,严重污染了车间环境及清理工人的身体健康。如何对电解铝残阳极清理工艺过程中所形成的扩散漂浮的呼吸性粉尘进行有效控制是通风除尘领域中的一个非常重要的但尚未得到很好解决的问题。目前,计算机科学技术的飞速发展,CFD(Computational Fluid Dynamics)技术在工程中应用也日益广泛,这使得CFD模拟技术对局部排风罩的优化设计和流场的数值模拟成为可能。本文以某铝厂的电解铝残阳极清理的局部排风罩为研究对象,根据CFD的计算原理和方法,从数学理论的角度对残阳极清理局部排风罩的流场分布进行了全面的分析,并应用FLUENT软件对带有可调节挡板角度的局部排风罩和射流作用下的排风罩的速度分布进行数值模拟。运用GAMBIT建立不同罩型以及不同排风方式的局部排风罩的数学模型,根据清理操作的特点,在残阳极上方选取具有代表性的控制点,通过计算得出控制点处达到风速要求时所对应的排风量,分析不同罩型及排风方式的局部排风罩所形成的流场特点以及节能效果。分析结果表明,与目前电解铝残阳极清理工艺中所使用的简单下吸式局部排风罩相比,采用带有可调节挡板角度的下吸式排风罩和射流作用下的排风罩均可以较小的排风量达到相同的控制效果。这一结果对采用FLUENT数值模拟方法对残阳极清理局部排风罩的设计和研究提供了参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 论文研究的目的及意义  8-9
  1.2 局部排风罩  9-10
    1.2.1 局部排风罩的设计原则  9
    1.2.2 排风罩性能的评价方法  9-10
    1.2.3 目前局部排风罩存在的一些问题  10
  1.3 国内外研究现状及分析  10-13
    1.3.1 局部排风罩的应用及研究现状  10-12
    1.3.2 CFD 在通风除尘领域的应用  12-13
  1.4 本课题的研究内容及研究方法  13-14
第二章局部排风罩的基本理及CFD的应用  14-24
  2.1 恒定平面势流  14-17
  2.2 平面射流  17-19
    2.2.1 平面射流特征  17-18
    2.2.2 吹吸式排风罩  18-19
  2.3 CFD 理论在流场中的应用  19-21
    2.3.1 基本控制方程  19-20
    2.3.2 湍流模拟方法及湍流模型  20-21
    2.3.3 CFD 模型的离散方法  21
  2.4 FLUENT 介绍  21-23
    2.4.1 程序的结构  21-22
    2.4.2 网格生成  22
    2.4.3 SIMPLE 计算方法  22
    2.4.4 收敛原则及松弛因子的确定  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第三章带有可调节挡板的下吸式排风罩数值模拟  24-36
  3.1 基本假设  24
  3.2 模型的建立及数值模拟  24-26
    3.2.1 计算模型及网格的划分  25-26
    3.2.2 数值方法  26
    3.2.3 边界条件  26
  3.3 计算结果与分析  26-33
    3.3.1 不同挡板夹角控制风速随排风速度的变化  26-29
    3.3.2 流场速度矢量分析  29-31
    3.3.3 流场速度云图  31-33
  3.4 节约风量的计算分析  33-34
  3.5 本章小结  34-36
第四章射流作用下排风罩的数值模拟  36-52
  4.1 射流作用下吸气罩模型的建立及数值模拟  36-41
    4.1.1 计算模型及网格的划分  37
    4.1.2 数值方法  37
    4.1.3 边界条件  37
    4.1.4 临界送风速度  37-41
  4.2 工况一计算结果与分析  41-46
    4.2.1 控制点风速随排风速度的变化曲线  41-43
    4.2.2 流场速度矢量分析  43-45
    4.2.3 流场速度云图  45-46
  4.3 工况二计算结果与分析  46-49
    4.3.1 控制点风速随排风速度的变化曲线  46-48
    4.3.2 流场速度矢量分析  48-49
  4.4 节约风量的计算分析  49-50
  4.5 本章小结  50-52
第五章节能与经济分析  52-58
  5.1 除尘系统的工作原理  52-53
  5.2 风管的设计计算  53-54
  5.3 节约电费的计算  54-56
  5.4 本章小结  56-58
第六章结论与展望  58-60
  6.1 主要研究结论  58
  6.2 展望  58-60
参考文献  60-62
作者简介  62
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  62-64
致谢  64-65

电解铝残阳极清理局部排风罩气流场的数值模拟

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