提高旋風(fēng)除塵器對微細(xì)沙塵除塵效率畢業(yè)論文

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）報告題 目 學(xué) 院 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 年級 級 指導(dǎo)教師 畢業(yè)教務(wù)處制表畢業(yè)學(xué)生姓名： xx填寫 學(xué)號： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 指導(dǎo)教師意見：（請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實驗結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。） 指導(dǎo)教師結(jié)論： （合格、不合格）指導(dǎo)教師姓名所在單位指導(dǎo)時間畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱教師評閱意見表 學(xué)生姓名： xx填寫 學(xué)號： xx填寫 專業(yè)： xx填寫 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 農(nóng)村宅基地測量技術(shù)研究 評閱意見：

2、（請對論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實驗結(jié)果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。）修改意見：（針對上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評閱成績合格，并可不用修改直接參加答辯的不必填此意見。）畢業(yè)設(shè)計（論文）評閱成績 （百分制）： 評閱結(jié)論： （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評閱人姓名所在單位評閱時間論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的本科畢業(yè)論文農(nóng)村宅基地測量技術(shù)研究，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻(xiàn)、資料均已明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人

3、獨立完成，不包含他人成果及使用過的材料。對論文的完成提供過幫助的有關(guān)人員已在文中說明并致以謝意。本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范，沒有侵權(quán)行為，并愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)任和法律后果。 論文作者（簽字）： xx填寫日期：xx填寫年月日題目：提高旋風(fēng)除塵器對微細(xì)沙塵除塵效率姚宇涵 降華摘要：以TX-18鐵路道床吸污裝置中的除塵系統(tǒng)的旋風(fēng)子作為模型，選用Ansys中CFD模塊模擬了旋風(fēng)除塵器在吸污過程中對粒徑在5200m范圍內(nèi)的沙塵的除塵效率。通過軸向速度云圖、徑向速度云圖，研究了排氣管插入深度對除塵效率的影響。利用粒子追蹤對沙塵顆粒在旋風(fēng)除塵器進(jìn)行分析，探討了不同粒徑的沙塵的

4、運動軌跡。結(jié)果表明，當(dāng)排氣管道插入深度與與吸入口高度之比為0.8時，具有更好的除塵效率，其能夠滿足對粒徑為大于40m的沙塵在進(jìn)行氣固分離。關(guān)鍵詞：旋風(fēng)子;兩相流;流體力學(xué);CFD0引言在鐵路線路，當(dāng)重載列車運行至坡道較大路段時，需要在機(jī)車車輪處灑沙，以增大車輪與鋼軌表面摩擦力，機(jī)車灑下的沙子無法自動回收，將散落在鐵路道床的表面及周圍，若長時間得不到清理，將會掩埋鋼軌、堵塞排水溝、破壞道床，危及列車的行車安全。目前，由中國鐵建高新裝備股份有限公司研制的TX-18鐵路道床吸污裝置利用負(fù)壓吸入方式對散落的細(xì)沙進(jìn)行收集，在除塵系統(tǒng)中進(jìn)行氣固分離，除塵系統(tǒng)的旋風(fēng)除塵器對細(xì)小顆粒的分離起著十分重要的作用。

5、然而，經(jīng)過碾壓的細(xì)沙粒徑較?。ㄍǔ?0200m），難以有效的實現(xiàn)氣固分離1，2。切向入口旋風(fēng)子由于其結(jié)構(gòu)容易加工，造價成本低，因此作為重要的工業(yè)除塵器3。通常大顆粒沙塵由于自身體積的原因能夠在離心力的影響下被拋向器壁，并在自身重力和向下氣流的作用下沿筒壁沉降至排塵口，收集于設(shè)備底部的儲存區(qū)。然而，小顆粒沙塵由于自身重力的因素不能脫離旋轉(zhuǎn)氣流而隨其一起由于筒壁傾斜而收縮向中心流動，然后形成二次渦流（內(nèi)漩渦）向上運動，經(jīng)由排氣管直接排出，從而降低對小顆粒沙塵的除塵效率4，5。本文調(diào)節(jié)排氣管插入深度來提高除塵效率的方法。通過對原旋風(fēng)子的流場進(jìn)行仿真分析，確定外漩渦與內(nèi)漩渦的邊界、微細(xì)沙塵的運動軌跡

6、，從而確定最佳排氣管插入深度，提高氣固分離率，最終提高對微細(xì)沙塵除塵效率。1模型建立1.1數(shù)學(xué)模型旋風(fēng)模擬常用的模型有三種：k-模型、代數(shù)應(yīng)力模型（ASM）和RSM。k-模型采用各向同性湍流假設(shè)，因此它不適用于具有各向異性湍流的旋流器中的流動6。ASM無法預(yù)測強(qiáng)旋流中的回流區(qū)和朗肯渦。RSM放棄了各向同性湍流的假設(shè)，并解決了雷諾應(yīng)力各分量的遷移方程，它被認(rèn)為是最適合旋流的湍流模型7。在RSM中，各分量的遷移方程如式（1）所示。（1）在本文中的建模中，并未引入顆粒之間的相互作用，僅計算粒子上的重力和氣體阻力。其中氣體阻力被分解為兩個分量：一個是由流體的平均速度引起的，另一個是由流體的分散速度引起

7、的。則環(huán)境溫度下兩相流中顆粒的動量方程可表示為：（2）（3）（4）此中， 為流體與顆粒之間的動量傳遞系數(shù);vp粒子徑向瞬時速度;wp為切向質(zhì)點瞬時速度;up軸向粒子瞬時速度;w為質(zhì)點切向平均速度;rp為粒子半徑;g為氣體;Rep為雷諾數(shù);CD為阻力系數(shù)，具體表示為：（5）1.2物理模型及網(wǎng)格劃分為了不失一般性，仿真計算的模型如圖1（a）所示，吸入口高度360mm，寬度240mm;直筒段高度為720mm;排氣管插入深度360mm;直筒段內(nèi)徑720mm;排氣管的直徑240mm;排塵口直徑180mm;錐段的傾斜角12。圖1（b）顯示了包含62429個CFD單元的計算域。整個計算區(qū)域由結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格

8、劃分。在靠近排塵口、排氣口和吸入口的區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)化。入口氣體速度為20m/s，出口除的氣體壓力為1atm。顆粒使用的材料為典型沙塵，其密度為0.65g/cm3。2結(jié)果及討論2.1排氣管插入深度對氣固分離效率的影響首先對旋風(fēng)除塵器進(jìn)行幾何優(yōu)化并探究旋風(fēng)除塵器內(nèi)部氣體流動情況。圖2（a）（c）為不同排氣管的插入深度與入口高度之比分別為0.1、0.8及1.8時軸向速度云圖。從圖2（AA）中可以發(fā)現(xiàn)，高速氣體從入口進(jìn)入，并在C點處被加速，并隨著氣體沿著壁旋轉(zhuǎn)。之后，氣流在進(jìn)入旋風(fēng)式除塵器下方之前，會與后續(xù)進(jìn)入的氣流發(fā)生碰撞，并在排氣管外壁附近（點D）形成混沌流，使得氣體速度在點D發(fā)生急劇下降，這將

9、導(dǎo)致氣體在流動過程中發(fā)生能量損失產(chǎn)生短路流。重要的是，從圖2中可以看出向上流動和向下流動氣體之間存在明顯的分界線，且向上流動氣體的中心與旋風(fēng)式除塵器的幾何中心不一致。這是由于旋風(fēng)除塵器中存在偏心渦流，擾亂了向上流動的氣體。然而，從圖2（a）及（c）中可以發(fā)現(xiàn)，向上流通的氣體與排氣管的幾何中心發(fā)生了嚴(yán)重的偏移，這將導(dǎo)致排氣難以順利進(jìn)行，大量的氣體有可能從排塵口直接排出。圖3為排氣管的插入深度與入口高度之比分別為0.1、0.8及1.8時的y軸速度云圖。從圖3（a）中可以發(fā)現(xiàn)，雖然排氣管插入深度較低，也能產(chǎn)生內(nèi)外漩渦，但是內(nèi)漩渦空間過大。通常，外漩渦才是沙塵進(jìn)行分離的主要空間，內(nèi)漩渦空間過大將導(dǎo)致排

10、氣管排氣不暢，以至于使沙塵直接從排氣管排出8。此外，如圖3（a）中A點中可以發(fā)現(xiàn)，入口處上有部分氣體直接進(jìn)入了排氣管，即我們所說的短路流。這部分氣體所攜帶的沙塵將完全不進(jìn)行離心力分離，直接逃逸。其次，從圖3（c）中可以發(fā)現(xiàn)，容易在排氣管外壁形成回路，而這一部分氣體所攜帶的沙塵將沿排氣管外壁下滑后到達(dá)排氣管底部時，隨其內(nèi)部的上升氣流而逃逸，如圖3（c）中B點所示。因此，插入深度與入口高度之比為0.8時，具有更好的氣固分離效率。2.2沙塵顆粒粒子追蹤為了進(jìn)一步驗真改良旋風(fēng)子的工效，需要對不同粒徑的沙塵在排氣管道插入深度與與吸入口高度之比為0.8的旋風(fēng)除塵器中的運動，進(jìn)行粒子追蹤。圖4顯示了多個直徑

11、的沙塵在0.4s內(nèi)的位置隨時間的變化。從該圖可以看出，隨著時間的增加，不同直徑的沙塵從吸入口進(jìn)入，之后沿旋風(fēng)除塵器的邊壁逐漸進(jìn)入至排塵口。較小直徑的沙塵（藍(lán)色部分）與較大直徑的沙塵（紅色部分）同時從吸塵口進(jìn)入，較大直徑的沙塵首先從排塵口排出，而較小直徑的經(jīng)過多次旋轉(zhuǎn)后從排塵口排出9。根據(jù)圖5，直徑大于40m的沙塵可以旋轉(zhuǎn)到旋風(fēng)除塵器的錐形部分并從排塵口排出，經(jīng)過碾壓后的沙塵通常為70200m，因此改良后的旋風(fēng)子能夠達(dá)到良好的除塵效果。如果沙塵直徑小于40m，沙塵首先向下旋轉(zhuǎn)，然后在即將進(jìn)入錐形部分附近一定高度處繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這可能是因為，當(dāng)微細(xì)沙塵向下移動到圓錐體時，旋風(fēng)分離器的半徑減小，但是顆粒

12、的切向速度變化不大，粒子上的離心力增加，從而使得微細(xì)沙塵難以進(jìn)入排塵口。3結(jié)論（1）通過對排氣管的排氣管道插入深度與與吸入口高度之比分別為0.1、0.8及1.8的旋風(fēng)除塵器進(jìn)行了兩相流流體仿真。研究結(jié)果表明，排氣管插入深度為0.8時，能夠有效的遏制短路流的出現(xiàn)，減少沙塵直接從排氣口排出，具有良好的除塵效果。（2）通過對不同粒徑的沙塵進(jìn)行粒子追蹤可以發(fā)現(xiàn)，改良后的旋風(fēng)子能夠滿足對車輪碾壓后的沙塵具有良好的氣固分離效果，實現(xiàn)除塵。參考文獻(xiàn)1金正.鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械除塵系統(tǒng)設(shè)計分析J.工程技術(shù)研究，2019，4（24）：116-117.2DziubakT.ExperimentalStudiesofDu

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15、學(xué)，2008.ResearchonImprovingtheDustRemovalEfficiencyofCycloneDustCollectorforFineSandYAOYuhan1，JIANGHua2（1.ChinaRailwayConstructionHigh-techEquipmentCo.，Ltd.，KunmingYunnan650215;2.ChinaRailwayLanzhouBureauGroupCo.，Ltd.，LanzhouGansu730000）Abstract：TakingthecycloneofthedustremovalsystemintheTX-18railway

16、trackbedsewagesuctiondeviceasamodel，theCFDmoduleofAnsysisselectedtosimulatethedustremovalofthedustintherangeof5200minthecyclonedustcollectorduringthedirtsuctionprocessefficient.Throughtheaxialvelocityclouddiagramandtheradialvelocityclouddiagram，theinfluenceoftheinsertiondepthoftheexhaustpipeonthedustremovalefficiencyisstudied.Particletracingisusedtoanalyzethedustparticlesinthecyclonedustcollector，andthemovementtrajectoriesofsanddustwithdifferentparticlesizesaredis