喷雾干燥用旋风分离器内部流动与分离特性数值模拟

对喷雾干燥过程中旋风分离器工作过程及其分离原理做了简要介绍,给出了旋风分离器内三维流场以及颗粒轨道的数学模型,运用雷诺应力模型(RSM)对其进行了三维数值模拟.数值模拟得到了旋风分离器内三维气体流场以及颗粒的运动轨迹,获得了旋风分离器在不同进口风速下的进出口压降和不同粒径下的分离效率.模拟计算结果可供旋风分离器设计及应用提供一定的参考.     

基于大涡模拟的旋风分离器锥体结构影响研究

采用数值模拟方法比较研究两种几何尺寸旋风分离器内流场和颗粒运动。对单相流场采用湍流各向异性的大涡模型(Large Eddy Simulation),对气、固两相流场采用相间耦合的随机轨道模型。研究锥体下口直径对旋风分离器速度分布,压力分布,和对颗粒运动轨迹的影响,为进一步研究旋风分离器的分离机理理论及实验研究打下基础。     

分离器入口处不同形状挡板对内部流场影响的比较分析

液液分离器的分离需要稳定的流场环境,而分离器入口处的防冲挡板对分离区的流体稳定性起着决定性作用,因此针对液液分离器入口处常用的方形平板和球壳形防冲挡板,应用Fluent软件对分离器内部流场进行数值研究,全面地比较两种不同形状防冲挡板在各种相同状态下对分离器内流体流动状态的影响.结果表明:在大冲击间距和大挡板尺寸的情况下,方形挡板的稳流效果比球壳形挡板好;大冲击间距和大挡板尺寸的情况下,球壳形挡板后的涡较小,稳流效果比方形平板好些;大冲击间距和小挡板尺寸下,两种挡板后的分离器内部流场较紊乱;在大间距情况下,分离区的流速在球壳形挡板后比方形板后大很多;小冲击间距和小挡板尺寸情况下,分离器内部流体流动的状态较平稳;两种挡板对流场的稳定效果较相似,但球壳形挡板的流场分布较方形板的均匀.在以上所有相同状态下,采用球壳形挡板的模型都要比采用方形平板的模型拥有更小的平均速度和平均湍流强度,说明采用球壳形挡板分离区的流速分布较均匀而且平稳,应当尽量选用球壳形挡板进行工业生产.在绝大多数情况下,球壳形挡板对液液分离器内部流场的稳定作用要比方形平板强.     

旋风分离器内颗粒轨迹的数值模拟

采用数值模拟的方法研究旋风分离器内的颗粒运动:对单相流场采用湍流各向异性的雷诺应力模型,对气、固两相流场采用相间耦合的随机轨道模型;通过描述颗粒的运动轨迹,揭示了颗粒在旋风分离器中运动的物理机制.结果表明:颗粒的运动轨迹比较复杂,且带有很大的随机性;尤其是小粒径颗粒,受气流湍动影响显著,即使是粒径、入射位置相同,其运动轨迹也各不相同,最终的位置也不同;小粒径颗粒更容易受二次涡流影响,从而降低分离器的效率;另外,还模拟出了上灰环、排气管短路流及排尘口返混等影响分离效率的几种现象,为进一步研究旋风分离器的分离机理理论及实验研究打下基础.     

旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的数值模拟

采用FLUNT软件对旋风分离器气固两相流进行数值模拟,应用雷诺应力模型和欧拉-欧拉模型对冷态下磷石膏在旋风筒中的浓度分布进行了研究,模拟结果与实验结果对比,有较好的吻合,说明模拟结果有较好的预报精度。模拟分别考察了风速、固气比和排料口直径对分离效率和截面浓度分布影响。模拟结果表明:增大风速,对于分离效率和径向上浓度分布影响较小;固气比增大分离效率提高,且颗粒浓度增大;排料口直径对分离效率和截面2的浓度分布影响明显。优化操作条件为:旋风筒下料口直径为50 mm,风速17 m/s、固气比2.25 kg/m~3,此时分离效率达94.2%。     

套管排气管型旋风分离器性能的数值模拟研究

利用CFD技术对新型套管排气管型旋风分离器的性能进行了研究.在两相流的研究中采用了相间耦合的随机轨道模型.研究结果表明:该新型旋风分离器比普通型的流场的静压分布更有利于阻止灰斗内气流的返混;可排出两种不同含尘量的净化气体,内排气管排出的净化气体的含尘量较外排气管低、且随着内管直径的减小而降低,内排气管的总压降比外排气管大、且随着内管直径的增大而逐渐降低;通过改变内排气管的直径可以控制从内排气管排出气体的含尘量,便于后续分级处理.     

入口形状对旋风分离器性能的影响

为了研究入口形状对旋风分离器性能的影响,采用计算流体力学(CFD)软件对旋风分离器的压力场和颗粒的分离情况进行考察。研究结果表明:入口形状会显著影响旋风分离器的压降,在圆形、矩形、三角形和等腰梯形几种不同的入口形式中,长宽比为2的矩形入口压降最大,长宽比为1.5的矩形入口的压降最低;对于矩形入口,随着长宽比的增大,压降是先降低再升高;入口形状对粒径大于2.5μm粒子的分级效率影响不大,当粒径小于2.5μm时,圆形入口的分离效率最差,梯形入口的分离效率最好;梯形入口会改善旋风分离器顶部流场和灰斗附近流场,使颗粒运行平稳,分离效率较高。     

直流式旋风分离器内部流场的实验研究

对一种直流式旋风分离器内部的流场进行了细致的测量，得到了速度和静压在分离器内的分布，并指出分离器内存的气体旋转的不稳定现象，试验中发现分离器稳流锥和排气管的长度对分离器性能有较大影响。通过实验数据拟合得到了分离段旋转速度的经验表达式。     

双级旋风分离器特性的计算机预报

利用计算流体力学ＣＦＸ．２软件对双级旋风分离器的气固两相流进行了三维数值模拟,采用贴体坐标系统描述复杂的几何边界和基于交错网格的网络系统;对于气相流场,采用雷诺应力模型计算旋转流动,在拉格朗日坐标中计算粒子运动,为优化求解,采用多块结构适体网格,利用ＳＩＭＰＬＥ算法解离散方程,此外,给出了双级风分离器内不截面的速度分布和５种不同尺寸共６０个粒子轨迹,研究结果表明,双级旋风分离器比常规的旋风分离器发     

轴流旋风除尘器内气固分离特性的数值模拟

为提高轴流旋风除尘器除尘效率,基于CFD-DEM耦合计算方法,分析了进气速度、筒体直径、抽气率等参数对粉尘颗粒在轴流旋风除尘器旋流分离区的运动特性与收集效率的影响。结果表明：进气速度增大或旋流分离区的筒体直径减小,轴流旋风除尘器对细颗粒物分离效率明显增大,在进气速度为20 m·s-1、旋流分离区筒体直径为50 mm的条件下,粒径为2.5μm的粉尘颗粒的分离效率可达到85.6%;采用抽气方式可强化旋流区中已分离粉尘颗粒的沉降,提高轴流旋风除尘器的整体除尘效率,与抽气率为0%相比,在抽气率为5%时,粒径为2.5μm粉尘细颗粒的分离效率可从28.8%增大到63.0%;旋流分离区筒体近壁面0.075D的区域为粉尘颗粒的浓相区,与轴线附近区域的气流发生了明显分离。     

方形卧式分离器的PIV流场试验研究

应用粒子成像测速(particle image velocimetry, PIV)技术对方形卧式分离器的内部流场进行了测量，得到分离器内典型的颗粒运动分布状态.采用灰度互相关法处理试验图像数据，得到分离器内3个不同截面的二维瞬时速度分布，结果表明在分离器内气流为顺时针旋流，中间流速高而边壁流速低，在分离器的右上角存在有角涡.根据试验结果计算了方形卧式分离器中间面的平均二维速度分布，与应用雷诺应力模型(RSM)数值计算模拟得到的分离器内气流速度分布进行了对比，结果表明除了近壁面区域差别较大外，其他区域基本吻合.     

防冲挡板对液液分离器入口流场影响的数值分析

应用Fluent软件对卧式液液分离器入口处防冲挡板的作用进行数值研究,综合分析不同进液速度、冲击间距和挡板尺寸对分离器内流体在挡板前后流动状态的影响,并提出改进方案.结果表明:随着冲击间距的增大,防冲挡板前部的环形回流区的尺度不断增大,冲击射流中轴线上方的环形回流区中心向后上方移动,轴线下方环形回流区中心向后下方移动,迫使环形回流区之后的顺、逆时针涡流向挡板后移动;冲击间距越小,防冲挡板降低冲击射流速度和湍流强度的效果越好,但冲击间距不可小于进液管直径;随着防冲挡板尺寸的增大,防冲挡板后部的流场稳定性增强,但当挡板尺寸过大时,挡板与分离器内壁之间形成狭缝射流,具有较大的速度和动量的流体冲击后部流场,造成分离器内部流场严重湍动及速度分布不均.     

旋风分离器性能预测模型研究进展

为了更好地指导旋风分离器的结构设计与优化,对旋风分离器性能预测模型的理论基础、适用性与准确度进行了研究。综述了国内外关于分离效率与压降预测模型的研究进展,结合颗粒载荷、粒径分布、颗粒碰撞与聚并、高温、高压、结构形式与参数等因素对分离性能的影响,从理论基础、建模思路、建模手段等角度对预测模型进行了对比分析,结果表明模型趋于合理化但仍有局限性。基于目前研究现状与应用形势,对预测模型的发展方向进行了展望,指出综合分析多种影响因素对预测模型进行修正以及将气固分离理论与预测模型推广到气液分离领域可能会是进一步的研究重点。     

升气管倾斜对旋风分离器分离效率影响的仿真研究

采用雷诺应力模型,研究了在升气管发生倾斜的情况下旋风分离器的分离效率及其内部流场变化的情况,并与正常工况进行了对比。研究表明,升气管倾斜对分离效率有明显的影响,倾斜方向、倾斜角度不同对分离效率产生的影响也不同,随着倾斜角度的增大,虽然有时会出现分离效率的提高,但是总体的趋势是降低的。升气管倾斜对不同尺寸的固体颗粒的分离效率的影响也不同,被分离的固体颗粒越小,倾斜角度的影响越显著。     

液-液旋流分离器分离特性数值模拟

液-液旋流分离器内部流场复杂,现有实验条件难以得到较为清晰的流场分布和液-液两相分离过程,用马丁·休教授发明的F型液-液旋流分离器为研究模型,以取油水作为分离介质,采用计算流体动力学技术对液-液旋流分离器进行数值模拟分析.结果表明:液-液旋流分离器内部流场分布特征明显,并在圆柱段、大锥段、小锥段存在不同程度的循环流;其各截面切向速度和轴向速度分布规律与理论分析相一致,切向速度分布中在圆柱段、大锥段和小锥段上端组合涡特征明显,圆柱段和大锥段的轴向速度呈现双W形式;采用分散相模型追踪油滴运动轨迹,证明油水分离的关键在于油滴是否能够在分离区域进入内旋流.     

泥水分离用水力旋流器的数值模拟

利用CFD软件对泥水分离用水力旋流器内的三维流场和泥水分离过程进行了数值模拟研究。采用Eulerian模型和RSM湍流模型分别考察了进料口直径、溢流管直径和插入深度等结构参数及处理量、泥浆浓度等操作参数对分离性能的影响。数值模拟结果表明:溢流管直径增大,泥水分离效率明显降低;溢流管插入深度增大,分离效率先增大后减小;底流口直径增大,分离效率明显增大;进料口直径和筒体高度对分离效率的影响相对较小。操作参数模拟结果表明:水力旋流器的操作弹性较小,额定处理量下分离效率最高;泥浆浓度增大,分离效率明显降低;固体泥颗粒黏度增大,分离效率增大。     

油-水-气三相旋流器分离验证及气-液腔结构优化

采用Fluent软件数值模拟了新型油-水-气三相旋流器的分离性能,并以分离效率为目标函数对气-液分离腔主要尺寸进行了优化设计。结果表明,该型油-水-气三相旋流器在油滴与气泡直径为50μm时具有最优的分离效率,且其气泡迁移效率较油滴迁移效率高.当气泡直径为50μm时,气-液分离效率达到99%以上;当气泡直径小于40μm时,气-液分离效率随直径的减小显著下降;当气泡直径小于10μm时,气-液分离效率趋近于零.经对比分析建立了溢流口直径与分流比的线性关系式,且得到优选后气-液分离腔最优主要结构尺寸:分离腔长度203mm,分离腔直径60mm,溢流口插入长度20mm.     

一种高效换热式旋风分离器的研究

提出了一种新型高效换热式旋风分离器的构成,该设备分为上下两部分:换热和除尘.换热部分采用翅片热管进行高效换热,而除尘部分采用轴向进气下排气的小直径旋风子并联,以达到高效、大风量的除尘效果,其新颖之处在于采用热管与旋风子配套使用,即以带有导流翅片的热管作为旋风子内筒来实现气流的旋转,以达到分离烟尘的目的.介绍了高效换热式旋风分离器的工作原理、技术关键,并对其节能效果进行了估算.通过实例设计计算对其结构特征及性能进行了模拟研究,结果表明:该设备在对高温烟气进行除尘的同时,兼有余热回收功能,一机两用.     

悬移质泥沙采集分离器内流场的3维数值模拟

为高效采集水体中低浓度的悬移质泥沙,通过3维数值模拟设计了具有水力旋流器特征的新型悬移质泥沙采样器.采用拉格朗日法多相流分析模型,3维模拟分析了采样器内部压力分布、流体流动情况和悬移质泥沙颗粒的运动轨迹.室内模拟实验结果表明:该泥沙采集分离器对悬移质泥沙(粒径63μm)分离效率高达85％以上,可实现悬移质泥沙的快速在线收集浓缩.泥沙分离效率的实测结果与3维数值模拟分析结果吻合(相差2％～8％).     

气液旋流分离中两相流动模型的理论研究

气、液旋流分离过程是气、液两相的三维强旋流运动,以漂移流动模型和颗粒轨迹方程为基础。采用欧拉-拉格朗目方法建立一种新的气液两相流动机理模型,该模型可以用来直接计算气液旋流分离器内部流场中连续相、分散相（液滴）的速度分布情况,通过计算能够预测旋流器内部浓度分布情况,并通过对影响气液分率效率的主要原因一出口气体中的液滴夹带情况进行分析计算,预测旋流器的分离性能。