单、双进口对旋风分离器升气管外壁结焦影响的数模分析

利用数值模拟技术,对比考察了旋风分离器采用轴对称双进口和单边切向进口时升气管外壁附近及环形空间的静压和切向速度分布,分析比较这两种进口形式下升气管外切向剪切力和径向压力梯度力对升气管外壁结焦物沉积与积累的影响。结果表明,双入口分离器升气管近壁环向顺、逆压梯度区范围均小于单进口分离器,切向速度沿环向变化不明显,近壁低速易沉积区范围小,且不容易出现油气及催化剂的回流和滞留区,能有效抑制结焦物的沉积;双进口分离器升气管近壁区的平均剪切力比单进口分离器大30%以上,而平均径向压力梯度力比单进口分离器约小17%,能一定程度上削减结焦层厚度,抑制结焦物积累的能力强于单进口。轴对称双进口旋风分离器升气管外壁结焦的倾向将明显小于单切向进口的旋风分离器。     

旋风器进口结构的优化及其性能的试验研究

将旋风器常规进口结构优化改进为带有不同回转通道形式和角度的进口结构 ,并对各种旋风器的性能进行了冷态试验测定。结果表明 ,采用双进口回转通道形式的进口结构可同时降低旋风器阻力和提高分离效率     

导流板对旋风分离器内气固两相分离性能的影响

通过数值模拟对环形空间设有导流板的旋风分离器进行了研究. 与常规单入口旋风分离器相比,设置导流板显著改善了旋风分离器内的非轴对称流动,使流场的旋转中心与分离器的几何中心重合,从而抑制了旋风分离器内的涡核摆动现象. 气固两相模拟结果表明,加入导流板可明显提高旋风分离器的分离效率,尤其是对于粒径为5 mm的小颗粒,分离效率从53.4%提高到94.6%,捕集效率显著提高.     

旋风器进口回转通道分级效率模型

提出了一种新的旋风器进口回转通道的横混分级效率模型 ,分析了等截面和变截面两种通道的分级效率模型形式 ,并与已有的回转通道分级效率模型进行了比较。模拟结果表明 ,该模型能更合理地描述旋风器回转通道内气固两相的分离能力     

天然气脱蜡旋风分离器分离效率的模拟

旋风分离器分离效率高,不易堵塞,用于天然气脱蜡效果显著。通过CFD软件Fluent模拟CYG-S型天然气脱蜡旋风分离器的两相流场,得到了旋风分离器内的压力、切向速度、轴向速度分布。对比了不同入口速度下的模拟与理论计算的分割粒径x50,发现具有很好的吻合度,两相模拟有一定的可靠性。结果表明：在旋风分离器锥段底部靠近壁面处的石蜡液滴质量浓度较高;随着进口流量的增加,旋风分离器分离效率提高,当进口流量为1000 m3/h时,x50可以达到5.3 μm;大粒径液滴的分离效果明显,但在所研究的进口流量范围内,进口流量的变化不能明显地影响粒径小于5 μm液滴的分离效率;柱段和锥段长度的增加使得旋风分离器的整体长度增加,延长了液滴在旋风分离器内的停留时间,提高了旋风分离器的分离效率。     

旋风分离器内流场的非轴对称性特点

采用Fluent6.1软件提供的代数应力模型(ASM)计算了旋风分离器内的气相流场,并在此基础上讨论了流场的非轴对称特点.在旋风分离器的三维速度中,切向速度在环行空间具有明显的非轴对称分布,向下进入分离空间后很快发展为轴对称分布;轴向速度和径向速度在环行空间存在一定的非轴对称性,而到分离空间后基本上是轴对称分布了.旋风分离器内流场的这种非轴对称特点是由于切向入口的非轴对称结构产生的.     

ET型旋风分离器三维流场的测定

本文介绍了一种特殊进口导流管ET型高效旋风分离器三维流场的测定结果,并在旋风分离器上部环形区域内,绘制了等流函数曲线,与其他两种旋风分离器流线比较表明,ET型旋风分离器对上涡流的确有较大抑制作用,是提高分离效率的重要原因之一。     

丙烯腈反应器三级PV型旋风分离器大型冷模试验研究

针对丙烯腈反应器操作条件 ,运用旋风分离器尺寸分类优化设计理论 ,设计了三级PV型旋风分离器 ,并确定了合理的大型冷模试验方案。试验结果表明 ,三级PV型旋风分离器分离性能优于国外引进的型旋风分离器 ,它可以满足丙烯腈生产的要求。     

一种特殊进口导流管的新型高效旋风分离器

本文基于对现有旋风分离器流场的分析,提出了一种具有特殊进口导流管能抑制上涡流干拢的新型高效旋风分离器,该旋风分离器具有结构简单、分离效率高及操作弹性大的特点。并利用电子计算机进行回归计算,建立了压降及分离效率的关联式。     

旋风分离器进口涡旋感生速度场的减阻增效作用

旋风分离器进口段管路的结构关系着进口气速的分配,直接影响到下游分离空间三维速度场的形式,合理设计进口管的样式是挖掘分离器分离潜力的可能入手之处。采用实验及数值模拟手段,对环管和直管2种进口管路下轴对称双进口分离器的性能与流场作了对比研究。结果表明,环管进口的分离器分离总效率比两侧进口的平均高1.5个百分点,而压降损失降低25%以上。前者阻力小的原因在于进口环管内气流为局部的涡旋,与分离器内旋涡流动的形式接近,两股气流交汇时碰撞程度轻,附加的额外能耗较小;而总效率提高的原因为,环管进口的分离器切向速度比两侧进口的分离器约高0.15倍进口气速,能增强颗粒受到的离心作用、减小切割粒径,从而提升分离器总效率。根据涡旋理论,局部区域的涡旋会对整个流动空间产生感生的速度场,由于环管进口的分离器进口管内局部涡旋的存在,整个分离空间的切向速度场被增强。这种由涡旋感生速度场提升分离器切向速度的方式,加深了分离器运行过程中压头向速度转换的程度,不会消耗额外的能量。因此,采用旋涡流的进气方式,并合理提高进口涡旋的强度,是分离器分离性能进一步提升的新途径。     

旋风分离器入口结构改进及其对“短路流量”的影响

常规切向进口旋风分离器的气流进入旋风分离器后必定要经过排气芯管外壁和筒体内壁之间,因此不可避免会使得相当一部分气流没有经过分离空间而直接从排气芯管底部排出(短路流量),这也是影响旋风分离器分离效率的重要因素之一。在前人工作的基础上,对旋风分离器的进口结构进行了改进:使得旋风分离器的入口具有一定截面角,并借助数值计算技术,分别对传统的和具有一定入口截面角旋风分离器内的三维流场进行了数值模拟,计算了芯管底部的"短路流量",结果表明:进口具有一定截面角可以明显减小芯管底部的"短路流量",这对改善旋风分离器的分离效率具有重要的实际意义。     

Experimental and Numerical Investigations of a Dual‐Stage Cyclone Separator

Cyclone separators can be utilized in parallel to increase particle collection efficiency. However, this leads to a maldistribution problem that causes separation performance deterioration. To improve the flow distribution, a dual‐stage multicyclone separator (DSCS) was designed, containing a tangential‐inlet circle pathway cyclone array, an axial‐inlet radiation pathway cyclone array, and a cylindrical outer chamber. Experimental and computational fluid dynamics results revealed the gas‐particle flow distribution through multicyclone arrays. Effects of flow distribution on particle deposition were investigated experimentally. Particle trajectories inside the cyclone separators were also observed. The multicyclone array proved to generate a uniform inlet velocity distribution. The proposed cyclone separator can be considered as an option to accomplish dilute gas‐particle separation.     

双循环旋风分离器除尘机理的数值模拟

双循环旋风分离器通过将主进口设置在筒体中部,将顶部进气口设置为回流口,消除了进气口附近的二次流,避免了短路流,将大于3μm颗粒的分离效率提高至接近100%,并避免了少量11—15μm颗粒的短路逃逸。为了探索该设备的除尘机理,借助CFD软件,通过数值模拟研究的方式,辅助分析了2种进气口在分离性能上不同,传统旋风分离器不能完全分离3—8μm和11—15μm颗粒的机理,以及消除二次流的方法。计算结果表明:当回流气速低于主进气速时,会产生类似于顶端进气口的现象,即二次流、灰环和短路流,降低了小于6μm颗粒的分离效率。当回流气速略大于主进气速时,可以完全消除主进气口附近的二次流,使得所有粒径颗粒的分离效率都较高。模拟结果与实验结果从定性的角度符合较好。     

升气管插入深度对旋风分离器内部流场影响的数值模拟

针对旋风分离器内部复杂的三维强湍流,在仿真过程中,采用雷诺应力模型(RSM),利用贴体网格技术,模拟得到不同升气管插入深度时的旋风分离器内的切向速度分布、轴向速度分布和进出口压降。结果表明,当升气管插入深度减小时,会使总压力损失有所降低,但有一部分气流将从入口直接进入升气管形成短路,使旋风分离器的分离性能下降;对于特定的旋风分离器,升气管插入深度存在最优值,可保证较高的分离效率和较低的压降。     

天然气净化用多管旋风分离器的分离性能

为了系统评价天然气净化用多管旋风分离器的分离性能,在线测量了入口气速6~24 m/s、入口颗粒浓度30~2000 mg/m3范围内多管旋风分离器的分离效率和分级效率. 结果表明,多管旋风分离器的分离效率和分级效率都随入口气速和入口颗粒浓度增大而提高. 与单管旋风分离器相比,在相同实验条件下,多管旋风分离器的分离效率下降2%~15%;单管旋风分离器基本能除净粒径大于10 mm的颗粒,而多管旋风分离器只能去除15 mm以上的颗粒. 多管旋风分离器的压降主要是内部单管旋风分离器的压降,占整个压降的80%~90%.     

蜗壳式旋风分离器的磨损实验和分析

用模拟方法对蜗壳式旋风分离器器壁磨损进行了实验 ,探讨了旋风分离器的磨损机理 ,对蜗壳式旋风分离器器壁磨损最严重的 3个部位 :环形空间筒体 60～ 1 35°(以入口处为 0°)的局部区域、锥体部分的末端、灰斗锥体与料腿的连接附近的磨损特点进行了分析。实验结果表明 ,蜗壳式旋风分离器器壁磨损量与含尘气流的浓度是线性关系 ,与入口速度是三次方关系。在实验数据的基础上建立了磨损量计算的经验关系式。     

旋风分离器环形空间壁面磨损的数值研究

采用包括流场计算、颗粒轨迹追踪和磨损值计算的数值模拟方法,研究了气固两相流对不同入口结构旋风分离器环形空间壁面磨损情况,计算得出的气相时均速度以及环形空间磨损区域与实验结果基本吻合。计算结果表明,不同入口结构分离器环形空间壁面都是以"局部磨损"为主,但磨损区域略有不同。在圆周方向上,蜗壳式入口结构壁面磨损主要发生在60°~200°,其中90°~180°磨损最为严重;单入口直切式结构磨损范围较广,主要集中在60°~210°;双入口直切式结构壁面磨损在环行空间分成两个区域,分别集中在60°~120°和240°~300°,磨损相对均匀;环形空间壁面磨损率沿周向的变化曲线完全不同,最大磨损率的周向位置也各不相同,蜗壳式结构最大磨损率相对较小。通过研究找到了一种有效的计算分离器壁面磨损的方法;改变分离器入口结构,可以改善环形空间壁面磨损情况,为分离器环形空间的防磨提供依据。     

循环旋风分离器内气液两相流动数值模拟

采用雷诺应力模型RSM对循环旋风分离器内气液两相流动的情况进行了数值模拟研究,讨论了循环旋风分离器内切向速度、轴向速度、径向速度、压力场、雷诺应力的分布特点以及相同入口速度下分离器内液滴运动轨迹与分离器的分离效率。数值模拟结果表明,循环旋风分离器切向速度呈现明显的驼峰状,轴向速度上行流和下行流明显,径向速度相对较小,压力由轴心向外逐渐升高,雷诺应力分布复杂且无明显规律,分离器对小直径液滴分离效率较低,入口速度对分离效率的影响比较明显。     

旋风分离器分离性能的数值模拟与分析

以XLPB-5.0和XCX-5.0两种旋风分离器为原型,采用CFD软件对这两种旋风分离器进行了流场与分离效率的数值模拟,初步探讨了入口蜗壳形式与芯管结构对分离效率的影响。模拟结果显示:旋风分离器内流场呈各向异性分布特点,切向速度是影响分离效率的首要因素,径向速度的存在会造成"流场短路"现象,使轴向速度呈不对称分布,导致分离效率的降低。轴向速度与径向速度的共同作用促使颗粒在旋风分离器内做螺旋运动;XLPB-5.0和XCX-5.0的分离效率分别为92.55%和94.96%,与实验结果基本吻合,且不同芯管参数下XCX型的分离效率比XLPB型高;螺旋式入口蜗壳(XCX-5.0型)对旋风分离器上部流场的影响相比直流式入口蜗壳(XLPB-5.0型)复杂;对于两种旋风分离器,随着芯管直径的增大,分离效率逐渐变小;随着芯管深度的增大,分离效率先增大后减小。