플루언트(Fluent) 기반의 사이클론 분리기의 유동장 시뮬레이션 및 구조 최적화 설계

Flow field simulation and structural optimization design of cyclone separator based on Fluent

최근 중국은 여러 산업에서 에너지 절약과 배출 감소 조치를 적극적으로 추진하고 있다. 철강 생산 과정에서는 습식 집진 기술이 널리 사용되고 있다. 그러나 기존의 집진 장비 중에서 사이클론 분리기의 탈수 효율이 부족하여 배기 가스 배출 시 '낙우' 현상이 발생하고, 이는 환경에 2차 오염을 유발한다. 유도 임펠러의 설계는 사이클론 분리기의 탈수 효율을 향상시키는 데 매우 중요하다. 따라서 본 연구는 유체 역학 및 유동장 분석 이론을 기반으로 FLUENT 소프트웨어를 사용하여 유도 임펠러의 블레이드 경사각과 유동 면적을 시뮬레이션 분석하였다. 유동장 분석 및 시뮬레이션 결과를 통해 장비의 구체적인 파라미터와 결합하여 사이클론 분리기의 유도 블레이드 구조를 최적화하고 이를 실제 생산에 적용하였다. 실험 결과, 최적화된 사이클론 분리기는 탈수 효율을 크게 향상시켰고, 동시에 굴뚝 주변의 낙우 현상을 효과적으로 감소시켜 환경 질을 개선했다. 이 프로젝트의 연구는 철강 산업의 5G+ 스마트 철강 공장에 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅 등의 기술을 향후 적용하는 데 기여한다. 디지털 트윈 기술을 사용하여 공장 지역의 3D 모델링을 수행하는 기초를 마련하고, 전체 생산 과정을 재현하고 시뮬레이션하는 데 도움이 된다.

In recent years, China has been committed to promoting energy-saving and emission-reduction measures across various industries. In the steel production process, wet dust removal technology is widely adopted. However, the existing dust removal equipment, particularly the cyclone separator, suffers from insufficient dewatering efficiency, leading to a "rain" phenomenon during waste gas emission, which in turn causes secondary environmental pollution. The design of the guide vane wheel is crucial for enhancing the dewatering efficiency of the cyclone separator. Therefore, this study, based on fluid mechanics and flow field analysis theories, utilizes the FLUENT software to simulate and analyze the blade angle and flow area of the guide vane wheel. By combining the flow field analysis and simulation results with the specific parameters of the equipment, the structure of the cyclone separator's guide vanes was optimized and applied to actual production. Practice has proven that the optimized cyclone separator significantly improved dewatering efficiency and effectively reduced the rain phenomenon around the chimney, thereby enhancing environmental quality. The research of this project is conducive to the later application of artificial intelligence, the Internet of Things, big data, cloud computing, and other technologies in the 5G+ smart steel factory of the steel industry. It lays the foundation for using digital twin technology to carry out 3D modeling of the plant area, in order to facilitate the reappearance and simulation of the entire production process.