臺灣博碩士論文加值系統

根據流體流動的物理定律，我們發展出一個旋風集塵器的現象邏輯模型。這個模型本身是一個龐大的電腦程式，來對控制流體流動的統御方程式求數值解，我們採用改良式普朗特混合長度紊流模型及代數式的粒子滑動速度，來追蹤粒子在旋風集塵器內的運動軌跡。此電腦程式的輸入項目為旋風集塵器的幾何形狀、含塵氣體的物理性質及流量；而其輸出項目則為氣體的速度分佈、粒子的滑動速度和運動軌跡、以及最重要的旋風集塵器分離曲線。本模型所預測的分離曲線及截取直徑(d50)和Bohnet的實驗數據完全吻合，且本模型也可預測出底部設置圓錐阻擋器對旋風集塵器收集效率的改善，這是其他學者的經驗模型無法做到的。因為旋風集塵器的幾何形狀已納入其內部流場的數值解之中，所以除了紊流結構之外，本模型不需要依賴其他任何的經驗式，因此本模型除了可以用來最佳化操作現有的旋風集塵器之外，也可用來研究其他新型的旋風集塵器設計。

目錄
摘要................................................. I
誌謝................................................. II
目錄................................................. III
表目錄............................................... V
圖目錄............................................... VI
符號說明............................................. IX

第一章 緒論.......................................... 1
第二章 文獻回顧...................................... 6
第三章 旋風集塵器之流場模型........................... 10
3.1 統御方程式........................................ 10
3.2 基本假設.......................................... 11
3.2.1軸對稱........................................... 11
3.2.2 環形進氣口.......................................12
3.3 漩渦度—流線函數法................................. 12
3.4統御方程式標準化的守恆形式........................... 15
3.5 紊流擴散.......................................... 16
3.6 紊流封閉式的數值解................................. 19
3.6.1有限差分法....................................... 20
3.6.2網格的選擇....................................... 24
3.6.3跳躍算則......................................... 24
3.6.4 逐次超鬆弛法(Successive Over-Relaxation，SOR Method)..
................................................28
3.7 邊界條件.................................... 30
3.7.1 固體邊界層............................ 31
3.7.2 流入................................. 34
3.7.3 流出................................. 36
3.7.4 急轉角落............................. 37
3.8 流動模式的預測.............................. 38
第四章 旋風集塵器的效能預測............................ 48
4.1 粒子與氣體之間的相對速度..................... 48
4.1.1 粒子徑向滑動速度...................... 49
4.1.2 粒子軸向滑動速度...................... 49
4.1.3 阻力係數的計算........................ 50
4.2 粒子運動軌跡................................ 52
4.3 旋風集塵器的分離效率......................... 62
第五章 結論.......................................... 73
參考文獻.............................................. 74

參考文獻
1.　 王秋森，陳友剛，葉文裕，陳春萬，“氣膠原理與應用”，行院勞工委員會勞工安全衛生研究所，1995。
2.　 朱玉麟，“軸流式旋風集塵器之性能分析”，國立交通大學械工程學系碩士論文， 1997。

3.　 陳啟仁，王鳳生，葉安晉，鄭曼婷，“靜電旋風集塵器收集飛灰效率之研究”， 技術學刊，第十四卷，第一期，1999。

4. Ayers, W.H., Boyson, F., Switthenbank, J., and Ewan,B.C., “Theoretical Modelling of Cyclone Performance”, Trans-Institution of Chemical Engineering ,Vol.60, pp.222,1982 .
5. Barth, W., “Design and Layout of the Cyclone Separator on the basis of New Investigations”, Brennstoff-Warme-kraft,Vol. 8, 1-9 , 1956.

6. Bird, R. B., Stewart W. E. , Lightfoot, E. N. “Transport Phenomena”, John Wiley , Sons , New York , 1960.

7. Bohnet, M., “Cyclone Separators for Fine Particles and Difficult Operating Conditions”, NONA , No. 12 , 69-76 , 1994.

8. Bossinesq, J. Mem. Pres. Acad. Sci. 1877, 23, 46.

9. Bradley, D., Pulling, D. J., Trans. Instn. Chem. Engrs. 1959, 37, 34-45.

10. Brayshaw, M. D. Ph. D. Dissertation, University of Natal, Durban, South Africa, 1978.

11. Dietz, P.W. , “Collection Efficiency of Cyclone Separator”, AIChE　Journal-American Institute of Chemical Engineers, Vol. 27(6),888-892,1981 .

12. Frankel, S. P., Math. Tables and Other Aids to Computation 1950,4,65-75.

13. Gentry, R. A., Martin, R. E. ; Daly, B. J. , J. Comp. Physics 1966, 1.87-118.

14. Gourlay, A. R., J. Inst. Maths. Applics. 1970, 6, 375-90.

15. Hsieh, K.T., Rajamani, R.K., “Mathematical Model of 　Hydrocyclone Based on Physics of Fluid Flow”, AIChE Journl,Vol.37 , No.5, 735-746 , 1991.

16. Lapple, C. E., “Process Uses Many Collector Types”, Chemical Engineering , Vol. 58, 144-151 , 1951.
17. Leith, D., Licht, W., “The Collention Efficiency of Cyclone Type　Particle Collectors－A New Theoretical Approach ”, AIChE ,Symposium Series 126,68 : 196-206.

18. Morsi, Y. S. M., Clayton, B. R. , Int. J. Heat Fluid Flow 1986, 7,208-22.
19. Okhio, C. B., Horton, H. P., Langer, G. Int. J. Heat Fluid Flow 1986, 7, 37-48.

20. Pao, R. H. F. “Flu Mechanics”; John Wiley, Sons: New York, 1961.

21. Pericleous, K.A., Rhodes, N. Report No. 3250/2, 1983, CHAM,Wimbledon, London.

22. Perry, R. H., Chilton, C. H., “Chemical Engineers Handbook”5th ed. ; McGraw-Hill: New York, 1973.

23. Prandtl, L. Z. Angew. Math. Mech. 1925, 5, 136-39.

24. Richardson, L. F., Trans. Royal Soc. London 1970, A210, 307-57.

25. Roache, P. J., “Computational Fluid Dynamics”, Hermosa:New York,1972.

26. Salvadori, M., Baron, M., “Numerical Methods in Engineering”,Englewood Cliffs , New Jersey , 1961 .

27. Schlichting, H., “Boundary Layer theory”, 6th ed. , McGraw-Hill ,New York , 1968.
28. Sheldon, J. W., “Mathematical Methods for Digital Computers”, John Wiley, Sons: New York. 1962.

29. Stairmand, C. J., Trans. Inst. Chem. Eng., 29 , 356, 1951 .

30. Thomas, D. , Szewczyk , A. A. Physics of Fluids 1969 , S2 , 76-87.
31. Yoshida, H., Saeki, T., Fujioka, T., Ueda, T., and Fuyuki,T.,“Fine　Particle Separation by Revised Type Air-Cyclone 　Classifier”KONA No.12 , 178-185 , 1994 .

32. Yoshida, H., Taniguchi, S., and Fukui, k., “Effect of Apex Cone on Particle Classification Performance of Cyclone Separator”,Chem.Engrs., Vol.35,No.1,41-46.2004.
33. Young, D., Trans. Am. Math. Soc. 1954, 76, 92-111.