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碟式分离机转鼓内流场研究

作　者: 张总
导　师: 杨萍
学　校: 兰州理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 碟式分离机固-液两相流数值计算 CFD PIV
分类号: TQ021
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

滴灌、喷灌等节水灌溉技术是世界第二次绿色革命的中心。在沿黄灌区推广滴、喷灌技术,必需先解决黄河水的高泥沙问题,防止其堵塞滴头和喷管;应用碟式分离机对黄河水进行泥沙澄清分离,可解决黄河水高泥沙的问题。但迄今为止,对碟式分离机的设计和特性的研究,特别是对碟式分离机的内部流场的研究,远达不到普通离心机的研究水平。近年,计算机仿真技术的迅速发展,为机械内流场的研究提供了有效工具。借此技术可快速研究碟式分离机的内部流场,探讨碟片内部流动的规律,继而推进相关泥沙分离的研究,设计出更加适合黄河水泥沙分离的碟式分离机,并为其他流体机械的设计及流场研究提供参考。本文借助流体分析软件Fluent,以固-液两相流为介质,依据混合物多相流模型及修正k-ε湍流方程,对碟式分离机内部流场进行数值模拟,得到了不同碟片参数和不同转鼓转速情况下,转鼓内速度、压力分布和流线情况,通过分析速度矢量、压力流线云图和内部流线图,研究了内流场在转鼓壁及碟片组合体影响下的流场运动情况;依据监测不同参数模型所得流场出口处的清液流量和清液含固量,采用正交试验设计提出具有最优分离效果的模型参数。此外,本文基于快速发展的PIV流场测量技术,采用非接触测量方法设计碟式分离机转鼓内流场的二维PIV测速系统,选定相关设备和软件,分析测量转鼓内流场真实运动情况的可行性,针对其特殊的工作状况,设计出测试方法,并采用PIVview图像处理软件验证流场图像中的速度处理情况,为下一步建立实际的三维PIV内流场测量系统提供试验参考。

全文目录

目录  5-7
摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
插图索引  10-12
第1章绪论  12-19
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 课题研究目的  13
  1.3 国内外研究现状及发展趋势  13-17
    1.3.1 两相流流场模型研究  13-14
    1.3.2 流体机械内流场研究  14-17
  1.4 课题的研究内容与关键性问题  17-19
    1.4.1 课题研究内容  17-18
    1.4.2 课题研究关键问题  18
    1.4.3 课题创新点  18-19
第2章流体力学基本方程及处理方法  19-28
  2.1 计算流体力学基本方程  19-22
    2.1.1 质量守恒方程  19
    2.1.2 动量守恒方程  19-22
  2.2 湍流计算模型及其控制方程  22-25
    2.2.1 混合模型及参数  23-25
  2.3 初始条件和边界条件  25-27
    2.3.1 初始条件  25-26
    2.3.2 边界条件  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章碟式分离机转鼓模型的建立  28-37
  3.1 实体造型的一般方法  28
  3.2 碟式分离机的结构  28-30
  3.3 转鼓工作区参数及建模  30-36
    3.3.1 分离效果因数及结构设计尺寸参数  30-34
    3.3.2 建模  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第4章内部流场数值计算与最优验证  37-57
  4.1 CFD的求解过程  37-39
  4.2 FLUENT内流场计算  39-46
    4.2.1 FLUENT多相流模型  39-40
    4.2.2 内流场计算  40-46
  4.3 数值计算结果及分析  46-52
    4.3.1 整体计算结果分析  48-51
    4.3.2 碟片间流场计算结果分析  51-52
  4.4 最优模型验证  52-56
    4.4.1 验证的实现方法  52-53
    4.4.2 正交试验结果及分析  53-56
  4.5 本章小结  56-57
第5章碟式分离机内流场PIV测试系统设计及实验  57-66
  5.1 PIV测速  57-58
  5.2 碟式分离机转鼓内流场测速系统研究  58-64
    5.2.1 成像系统  58-60
    5.2.2 示踪粒子的选择  60-61
    5.2.3 脉冲光照同步系统设计  61-62
    5.2.4 图像采集  62-63
    5.2.5 试验数据处理方法  63-64
    5.2.6 测量步骤  64
  5.3 测量精度分析  64-65
  5.4 测速验证结果  65
  5.5 本章小结  65-66
结论  66-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  72-73
附图 B 不同结构参数条件下转鼓内流场压力、流线图和含沙量图  73-75

碟式分离机转鼓内流场研究

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