涡流空气分级机环形区流场的实验研究

为优化涡流空气分级机内的流场,提高分级机性能,研究了涡流空气分级机蜗壳内加水平隔板和不加水平隔板2种结构对分级精度的影响。2种结构分级机环形区流场的激光多普勒测速计测量结果表明:在涡流空气分级机蜗壳内加隔板后,减小了环形区气流的轴向速度,沿转笼轴线方向,切向速度分布趋于均匀一致,流场稳定。重质CaCO3物料实验表明:在所试验的风速和转速范围内,采用较高转速分级,加隔板分级精度降低。环形区内适当的湍流能够提高物料的分散性,对提高分级精度有利。     

导风叶片对涡流空气分级机内流场的影响

利用ANSYS-Fluent 17.0软件对有、无导风叶片两种结构的涡流空气分级机内流场进行数值模拟和对比分析,研究了导风叶片对涡流空气分级机内流场的影响。数值模拟结果表明：导风叶片降低了转笼外缘处气流切向速度,从而影响转笼通道内旋涡的分布情况,使有、无导风叶片两种结构的稳定工况不同;导风叶片减小了转笼外缘处气流径向速度的波动和湍流耗散率,此处流场分布相对均匀,有利于提高分级精度;此外,导风叶片在导流过程中,改变了环形区速度场的分布,气流切向速度减小,径向速度增大,径向速度的增大使其分级粒径增大。碳酸钙物料分级实验结果表明：具有导风叶片结构的涡流空气分级机分级粒径较大,分级精度较高;导风叶片处较大的湍流耗散率有助于粉体分散,明显减弱“鱼钩效应”现象。     

涡流空气分级机内三维流场的数值模拟与测量

为了清楚地认识涡流空气分级机内部流场分布,文中利用Fluent软件建立分级机的三维模型,对其内部三维旋转流场进行了数值模拟计算,得出不同工况下分级机内部流场分布。采用激光多普勒测速仪(LDV)对转笼叶片间流场进行测量,应用测量结果来验证模拟计算结果,模拟结果与测量结果吻合。研究表明,在一定的进口风速下,当环形区靠近叶片处气流切向速度与转笼外缘切向速度相近时,存在一个临界转速使得叶片间流场最稳定,分级机分级效果最好。这为改进涡流空气分级机操作提供了理论指导。     

涡流分级机环形区流场的激光多普勒测速研究

采用激光多普勒测速计研究了涡流分级机环形区气流的切向速度分布。测量了蜗壳进口风速18 m/s时,从330 r/min到1800 r/min之间6个不同转笼转速条件下的环形区气流切向速度。结果表明:当转笼转速小于1 200 r/min时,转笼转速的变化对环形区气流平均切向速度的数值影响很小;转笼高速旋转,环形区气流切向速度数值大小与转速有关。用系数F表示转笼附近环形区气流切向速度波动程度与转笼转速之间的关系,当转笼低速旋转时F大,极小值点出现在转笼旋转速度与当地气流速度一致时,随着转速的增加,趋于平稳。     

几何相似涡流空气分级机环形区流场变化规律研究及预测

为探究几何相似涡流空气分级机环形区流场的分布特性,建立不同尺寸的涡流空气分级机模型,提取关键结构的几何参数,通过数值模拟分析尺寸比例因数对分级机环形区流场分布的影响。模拟结果表明,在相同进口风速下,几何相似分级机模型环形区内切向速度呈准自由涡的分布。模型尺寸增大,环形区内柱面面积加权平均切向速度增大,环形区切向速度分布不均匀。转笼内外缘切向速度越接近,环形区内近转笼外缘处切向速度产生的波动越小。几何相似分级机模型环形区内径向速度分布符合点汇流动的规律,除了在靠近转笼外缘处径向速度数值有较大差异外,环形区其余位置柱面面积加权平均径向速度不随比例因数变化而变化。以几何相似分级机模型数值模拟数据作为训练样本拟合分级机环形区内柱面面积加权平均切向速度和径向速度预测公式,并建立测试样本分级机模型对预测公式进行验证。柱面面积加权平均切向速度和径向速度预测值与模拟值的最大误差分别为3.5%和1.8%。此外,通过对几何相似涡流空气分级机模型环形区流场运动相似和动力相似分析,得出几何相似分级机模型流场具有相似性。     

涡流空气分级机进口风速和转笼转速匹配研究

为寻求涡流空气分级机进口风速和转笼转速的最佳匹配,利用Fluent软件对涡流空气分级机内部流场进行模拟分析,得出:当进口风速与转笼外缘的切向线速度相等或相近时流场最稳定。在流场较稳定的前提下,较高进口风速和转笼转速时,环形区湍流耗散率更大,更有利于物料的分散及分级。碳酸钙物料实验表明:转笼转速分别为800 r/min和1 200 r/min时,取进口风速分别为9 m/s和12 m/s,分级精度和牛顿分级效率都较高。其中进口风速为12 m/s,转笼转速为1 200 r/min时,分级精度和牛顿分级效率最优。该结论为利用涡流空气分级机进行分级合理调节进口风速和转笼转速提供理论依据。     

涡流空气分级机内流场分析与转笼结构改进

应用F luent软件建立传统涡流空气分级机三维模型并对其内部流场进行数值模拟,同时采用激光多普勒测速仪对分级机内流场进行测量。研究表明:当进口风速一定时,存在一个临界转笼转速使得环形区及转笼叶片间流场分布最均匀,分级性能好。改进转笼结构并进行模拟分析,新结构转笼的叶片设计成流线型,减少了气流与叶片的碰撞。模拟结果表明:与传统涡流空气分级机相比,环形区内速度分布得到了改善,新结构转笼叶片间旋涡趋势减弱,分级机内分级力场优于传统转笼。特别是转笼高速旋转时,结构改进效果更加显著。     

涡流空气分级机熵产与分级性能分析

利用热力学第二定律中的熵产理论对涡流空气分级机各不可逆因素引起的熵产进行分析,通过粉料分级试验对其分级性能进行验证,获得了黏性熵产、湍流熵产和壁面熵产分布特点及操作参数对熵产和分级精度的影响规律。熵产分析结果表明,涡流空气分级机内湍流熵产和壁面熵产占总熵产的比例高达56.41%和43.11%,湍流熵产主要产生于转笼叶片间和转笼内部,进风口和细粉出口壁面剪切引起较大壁面熵产;此外,转笼转速和进口风速变化分别仅对转笼区域和切向进风口区域内气流运动熵产影响较大,进口风速-转笼转速处于8.6m/s、 800r/min和18m/s、1200r/min操作工况附近时,涡流空气分级机内总熵产/总能变化率较小,分级流场稳定性较高,对粗、细颗粒分离有利,该工况下分级机的粉料分级试验效果较好,说明熵产理论可用于涡流分级机内流动分析及其操作参数的优化匹配。     

新型涡流分级机分级区流场特性数值模拟研究

为获取新型涡流分级机分级区流场分布情况,在分析涡流分级机空气流动特性的基础上,采用计算流体动力学软件ANSYS CFX14.5对不同转速下环形区和转笼两区域各速度与转笼转速间关系进行了模拟.通过模拟可得:转笼转速大小影响环形区速度场稳定,并将导致转笼叶片间产生惯性反旋涡现象,存在一定范围的转速可使分级区的气流场稳定,从而使分级机的分级效率提高,最后,通过物料实验表明,模拟结果与实验结果相吻合.数值模拟对选择分级机合理的操作参数控制提供了一定的理论依据.     

竖直涡旋向对卧轮式分级机流场及性能影响

采用数值模拟方法对卧轮式分级机内气相流动特性进行了研究,重点考察了竖直涡旋向对分级机内全流场的影响。模拟结果表明,分级机锥体段以旋转上升的竖直涡为主流型,竖直涡旋向对分级室内流型有重要影响。根据右手定则,竖直涡旋向与转笼旋向满足象限Ⅰ和Ⅲ时,分级室内形成两股旋向相反的水平涡,局部出现二次涡流,转笼外缘气流切向速度接近为0;竖直涡旋向与转笼旋向满足象限Ⅱ或Ⅳ时,分级室内流场分布一致性较好,转笼外缘及叶片间速度分布比较均匀且波动较小。以流化催化裂化(FCC)催化剂为分级物料,处于象限Ⅳ的分级机其分级粒径平均减少5.3?m,分级精度平均提高7.5%;以粉煤灰为物料,分级粒径平均减少2.2?m,分级精度平均提高8.4%,粉料分级试验结果与数值模拟结果吻合。研究结果对卧轮式分级机的结构设计有一定指导作用。     

Velocity measurements and flow field characteristic analyses in a turbo air classifier

Turbo air classifier is one of the most widely used powder classification equipment. The rotor cage as a rotary component can create a forced centrifugal field, so it is a key part for turbo air classifier. In order to investigate the effect of structural variations of the rotor cage on flow field characteristics, three dimensional velocity measurements of the annular region in a turbo air classifier equipped with two different rotor cage bottom plates (A and B type) are performed by laser Doppler velocimeter (LDV). It is found that the different bottom plates have different axial and tangential velocity distributions in the annular region. However, the structural variations of the rotor cage have hardly any effect on the radial velocity. Based on the classification principle, the relation between the classification performance and the flow field characteristics is investigated in great detail.The results of the flow field measurements were tested by the classification experiments carried out with cement raw meal and ground calcium carbonate. The results demonstrate that B type bottom plate can realize the production of narrow particle size distributions, so it is more favorable for classification than A type bottom plate. Classification experiment results are in good agreement with the results of the flow field measurements.     

新型旋风分级器流场特性及颗粒分级性能

针对传统旋风分级器分级效率较低的难题,本文设计了一种中部进风、顶部重力进料式新型旋风分级器,利用数值模拟和试验手段对其流场特征及分级性能进行了研究。模拟结果表明,新型旋风分级器内存在若干旋涡,主气流进入分级器后形成由上、下两个旋涡构成的主分级流场,上部旋涡均为上行气流,下部旋涡为切流返转形式;二次气流形成的细颗粒淘洗旋涡具有近壁面处高转速、中心区快速上升的特点,最大轴向速度达16.5m/s,可强化对边壁处浓集颗粒的剪切分散和淘洗作用,对主分级流场切向速度影响较小,但可使其轴向速度值最大增加100%,这将缩短细颗粒的停留时间;主分级流场与淘洗流场相互作用形成分区流动,具有较明显的动态边界,为粗、细颗粒的定向分离提供了力场基础。试验表明,二次气量占比约20%,主、二次气流气速分别为14m/s和20m/s时,牛顿分级效率可达88%,分级精度指数K值最小为1.84,此时新型旋风分级器具有较高的分级精度。     

折流式旋转床气相流场数值模拟研究

采用CFD方法对折流式旋转床气液两相流动及压降进行数值模拟,建立了二维物理模型,研究了折流式旋转床转速、动静圈对数、进气量对气相压降和气相流场的影响,并用实验数据对模型进行验证. 结果表明,计算与实验相对误差在15%以内. 气相压降随进气量和动静圈对数增加而显著增大;转速增加,压降增大,但不明显,压降主要集中在转子内部,占总压降的88%~97%,其中转子压降的55%~73%由拐弯处的摩擦阻力引起;气体在静圈下隙存在回流,在动圈上隙气体流动缓慢,存在流动死区,气速主要以切向速度为主(占80%以上),峰值位于转子外缘,并与气体入口存在较大速度梯度,径向和轴向速度所占比例较小,且因位置不同而不同. 速度变化和压降的变化是转速、进气量和动静圈数等共同作用的结果.     

涡流分级机转笼结构改进及内部流场数值模拟

引言 随着科技的进步,各行各业对粉体粒径和粒径分布的要求向细而窄的方向发展,因此对分级设备提出了高效、高精度的性能要求.涡流空气分级机是20世纪70年代末日本发明的,属于第三代动态干式分级机,具有能耗低、流场稳定等特点,广泛应用于建材、精细化工、食品、医药以及矿物加工等领域.     

Effects of guide holes on the performance of a vertical turbo air classifier

The wide usage of guide parts makes it one of the most interesting research hot spots in the field of fluid machinery. To improve the flow field distribution of the vertical turbo air classifier, the guide holes in the air intake region are designed. The flow fields of the classifiers with and without guide holes are simulated using ANSYS-FLUENT. The gas-phase simulation results show that the guide holes have a ‘diversion’ effect on the airflow, decreasing the tangential velocity and increasing the radial velocity of the airflow. After the airflow passes through the guide holes, the small guide hole sizes cause the large radial velocity and the strong ‘diversion’ effect, which can improve the flow field distribution. The well-distributed flow field of the elutriation region and annular region are obtained when the guide hole size is 7 mm × 7 mm. The discrete phase simulation results show that the cut size of the classifier without the guide holes is 9.1 μm. The cut size is 13.4 μm when the guide hole size is 7 mm × 7 mm. With the increase in the guide hole size, the cut size increases. However, when the guide hole size is larger than 10.5 mm × 10.5 mm, the cut size is almost kept unchanged, which is 22.9 μm.     

Flow field in the freeboard of vortexing fluidized bed

A systematic investigation on the flow field in a vortexing fluidized bed cold model was reported. The gas velocity profiles within the freeboard with diameters of 0.19 m and 0.29 m were measured by using a five-hole pitot tube. A new parameter, called vortex number, V_or defined as the ratio of tangential velocity to axial velocity of the swirling gas stream, was proposed for representing the swirl intensity. V_or is found to be increased with secondary air velocity, and decreased with primary air velocity and diameter of secondary air nozzles. It is also found that the profile of swirl flow is significantly affected by the arrangement of the secondary air nozzles. The effects of inserted length of secondary air nozzles and geometric structure of expansion section on the swirl flow are also studied. Based on the experimental data, a correlation is presented to estimate the vortex number. Vortex number is found to be a function of the geometric structure of exhaust tube, diameter of secondary air nozzle and tangential air flow rate.     

涡流空气分级机转笼转速对其分级精度的影响

引言随着科学技术的不断发展,建材、化工、矿业等行业都需要特定粒径的超细粉体,涡流空气分级机作为一种重要的分级设备被广泛应用。同时,各行业对分级机的分级效率和分级精度提出了更高的