气力输送发送罐结构优化及罐内两相流动特性的数值研究

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1、分类号：TQ022密级：`UDC：621编号：201421505011河北工业大学硕士学位论文气力输送发送罐结构优化及罐内两相流动特性的数值研究论文作者：修书董学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：化工过程机械指导教师：陈文义职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalProcessEquipmentNumericalStudyonStructureOptimizationofPneumaticConveyingDischargeBlowTankandTwo-phaseF

2、lowCharacteristicsinTankbyXiuShudongSupervisor:Prof.ChenWenyiMarch2017摘要为提高矿山采空区气力充填效率，对粉煤灰为填充材料的气力填充发送罐进行研究，发送罐作为气力填充系统的核心装置，其结构参数直接影响填充性能。基于流动场协同的减阻理论，对上引式发送罐的几何尺寸和关键结构进行优化设计，并使用欧拉双流体模型分析其对出料特性的影响。结果表明：出料管增设吸嘴有助于提高协同角和出料量，吸嘴在尺寸R/r=1.2左右达到峰值；出料管吸嘴与入口的距离和发送罐半顶角的变化趋势一致，呈先增大后减小，分别在距离h=55mm和θ’=18°时达到出料

3、峰值；结构优化后提高了20%的出料量。针对输送出现的问题，可进行相应的结构参数优化，提高设备性能。曳力是表征气固相间作用的关键参数，本文以欧拉双流体模型为基础，以Gidaspow、Syamlal-O'Brien和huilin曳力模型为研究对象，分析不同曳力模型对罐内两相流动和出料特性的影响。将不同入口气速下的出口质量流量与实验数据进行对比，分析不同曳力模型适用的入口条件。计算结果表明：根据入口速度与模型的匹配度可将曳力模型划分为三个区间，G区的Gidaspow模型，罐内速度和湍动程度最大并且与实验数据吻合度最高；Syamlal-O'Brien的计算结果略小于Gidaspow模型，只有在S区，S

4、yamlal-O'Brien才与实验值较为吻合；用huilin模型计算的整体速度和质量流量最小，当速度增大到0.15m/s以上的h区才与实验结果接近，为发送罐内两相流动的研究提供理论依据。为研究气力输送发送罐粉体出料稳定性及两相流动机理，以Fluent软件为平台，基于Realizablek-ε的欧拉双流体模型，根据实验数据对Gidaspow模型中的曳力系数进行自定义修正，获得符合实际的模拟条件。然后对煤粉出料质量流量和体积分数的波动特性进行输送稳定性分析，最后从涡流角度分析发送罐中氮气-煤粉耦合运动的流动机理。研究结果表明：随着入口气速增大，煤粉出料稳定性先增加后降低，物料输送总耗时逐渐减小，

5、当入口气速超过0.12m/s时，总耗时基本不变。入口气速对煤粉横向扩散影响不大，在近壁面和中心区运动剧烈。发送罐中氮气主要以气流涡的形式进行运动，表现为多种尺寸涡流相互碰撞和叠加，其中主氮气域的大尺寸涡流推动煤粉整体运动，近壁面小尺寸的涡流推动煤粉局部扩散。关键字：气力填充气固两相流曳力模型结构优化流动机理数值模拟IABSTRACTInordertoimprovetheefficiencyofpneumaticfillingingoaf,takethepneumaticfillingdischargeblowtankfilledwithflyashasresearchobject.Thedis

6、chargeblowtankservesasthecoredeviceofthepneumaticfillingsystem,anditsstructuralparametersdirectlyaffectthefillingperformance.Basedonthedragreductiontheoryofflowfieldsynergy,thegeometricsizeandkeystructureofthetopdischargeblowtankareoptimized，andusetheEuler-Eulermodeltoanalyzethedischargecharacterist

7、ics.Theresultsshowthatthenozzlecanincreasethesynergyangleanddischargequantity,andthenozzlesizeR/r=1.2toreachthepeakofthedischarge.Thetrendbetweenthenozzledistanceandthesemi-topangleofthedischargeblowt