摘要
超重力旋转填料床是一种利用离心力加速气体中颗粒物质沉降和分离的设备，常用于气固分离过程中。在这种装置中，气体与颗粒物质混合进入旋转填料床，利用旋转产生的离心力使颗粒物质受到更强的分离作用，从而实现高效除尘和分离效果。旋转超重力机具有高效传质和分离性能，设备体积小，开停车方便，已成熟应用于化工分离、环境保护等领域。 本文采用冷模试验与数值模拟法相结合，实验过程探究超重力旋转填料床多相流的除尘规律，通过响应面分析得到转子转速、喷水量以及进气量对颗粒物去除率的影响规律。采用多种计算流体力学方法对超重力旋转填料床的除尘过程进行模拟，探究旋转填料床内流体流场的变化规律，研究填料床内不同位置的流场性质。本文研究内容如下: (1)实验过程中使用单因素分析方法研究转子转速、喷水量以及进气量三个因素对于超重力旋转填料床除尘规律的影响。干床时的最高去除率为66.5486％,湿床除尘的最高去除率为99.0258％。当条件相同时，内喷的除尘效果要略高于外喷，但内喷与外喷的影响规律相同:转速越大，喷水量越大，进气量越小，粉尘去除率越高，反之越低。当转速为1400rpm,喷水量12L/min,进气量12L/s时，得到最高粉尘去除率99.0258％。控制旋转填料床的喷水条件为外喷，通过响应面分析说明该模型的拟合性较好，且具有较好的准确性。比较方差分析中的F值大小，得到实验中三个影响因素的影响程度由强到弱为:喷水量影响程度最大，其次为转子转速，影响程度最小的是进气量。 (2)在Fluent中建立模型，控制喷水方式为内喷，实验控制操作参数:转速为900rpm,喷水量为6L/min,进气量为30L/s。在模拟过程中采用欧拉-欧拉多相流模型以及雷诺应力模型(RSM)相结合，观察流体在旋转填料床内的流场变化，其中包括压力云图、湍动能云图、湍流耗散率云图、湍流粘度云图、速度云图以及速度矢量图，分析流场变化的主要原因。通过对比实验数据与模拟数据中颗粒物去除率以及进出口压差，得到压差的误差率范围在5％以内，颗粒物去除率的最高误差率为7.02％,其余条件下的误差率也在5％以内。说明该旋转填料床模型可以很好地模拟除尘规律以及压降变化情况。在此基础上预测增大转速和增加喷水量时对颗粒物去除率的影响。喷水量为12L/min,进气量为12L/s,转速为2000rpm时，颗粒物去除率达到99.4482％。转速为1400rpm,进气量为12L/s,喷水量为16L/min时，颗粒物去除率达到99.6595％。 （3）将旋转填料床内转子结构改为圆筒状多孔介质模型，得到模拟结果后对比两模型的颗粒物去除率误差均较小，都较为准确。多孔介质模型的进出口压差要高于原模型，原模型的进出口压差误差率更小，所以原模型在模拟的过程中能更好地反映旋转填料床内的流场情况。改变喷淋管上喷水口数量，在模拟条件不变的情况下，得到几乎一致的颗粒物去除率，原模型进出口压降为575Pa,现压降为489Pa,旋转填料床内的压强也相对减小且稳定，腔体内流场情况也存在改变。 本文实验部分研究三个因素对于除尘规律的影响，利用响应面分析得到各个因素的影响程度大小关系。通过数值模拟观察旋转填料床内流场变化情况，与多孔介质模型进行对比验证了所建立模型的准确性。为减小压降，对模型进行结构修改，进出口压差得到降低，且腔内流场更加稳定。
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