催化裂化沉降器旋流快分系统内气相流场的数值模拟与分析

为进一步提高催化裂化沉降器旋流快分系统的分离效率,首先对系统内气相流场进行了研究和分析.采用CFX5软件和应力输运方程模型（DSM）对其气相流场进行了三维数值模拟.将计算结果与用五孔探针测试的流场实验结果对比发现,计算结果与实验结果吻合较好,证明了应力输运方程模型适合用于旋流快分系统内三维流场的数值模拟.模拟结果表明：旋流快分系统内的流场为三维湍流场,在旋流头喷出口附近区域存在多个纵向旋涡,存在短路流现象,这是导致分离效率不易提高的主要原因.旋流快分头的S值和倾斜角对气流切向速度都有一定的影响,应优化确定.加入汽提气后,对旋流快分系统内的流场影响不大,但对气体的快速引出有利.     

淘析器内三维湍流场的数值模拟

为进一步提高聚乙烯粒料包装系统淘析器的分离效率,对系统内气相流场进行了研究和分析.采用FLUENT软件和标准K-ε模型对其气相流场进行了三维数值模拟.将计算结果与用热线热膜风速仪测试的流场实验结果对比发现计算结果与实验结果基本吻合,证明了标准K-ε模型适用于淘析器内三维流场的数值模拟.模拟结果表明:该淘析器消除了出口附近存在的短路流现象,解决了粒料溢出的问题;格栅的加入使流场更加对称,有利于细粉尘的分离.     

淘析器内两相流场的数值模拟

采用FLUENT6.2.16对淘析器内的三维气相流场进行了模拟,参照模拟结果分析了影响其分离效果的结构因素,针对可能存在问题的结构设计了多种新结构方案,通过分析对比模拟结果,发现加长对流段、在淘析区加入格栅板的结构更有利于规整流场,促进细粉尘的分离.采用离散相模型对依据此方案设计的新型淘析器内颗粒的运动轨迹进行了计算,估算了淘析器的分级效率和总分离效率.与原淘析器的对比结果表明:该新型淘析器可消除现有淘析器出口附近的短路流,提高细粉尘的分离效率.     

催化裂化沉降器旋流快分系统内两种旋流头的性能对比

通过冷态对比实验,研究了旋流快分系统（VQS）内两种新型旋流头的分离性能,结果表明B型旋流头采用大弧切向出口后,对含尘气流具有加速旋转的作用,可使颗粒喷出后获得更高的切向速度,从而提高系统的分离效率。采用Fluent软件对VQS内气固两相流进行了数值模拟,重点考察了A、B型旋流头的流场分布和分离特性。模拟结果表明：含尘气流由B型旋流头喷出后,切向速度较大,离心力较强,增加了颗粒在稳定分离区内分离的概率;同时,含尘气流喷出后气量大部分集中在封闭罩内壁附近下行流动,下行轴向速度较大,有利于颗粒下行分离。此外,相比于A型旋流头,B型旋流头的分离优势在于可大大提高对中粗颗粒的捕集能力。因此工业应用中推荐采用B型旋流头,以更好地满足工业生产的需求。     

基于CFD的新型旋流快分系统模拟优化研究

某新建催化装置旋流快分系统内需设置粗旋分，故采用气固两相流模型对其进行CFD数值模拟研究，通过模拟得到VQS系统罩内环形空间气体流场分布情况以及颗粒浓度分布规律，考察VQS系统分离效率，并与常规VQS快分系统进行对比，确定该装置反应沉降器内VQS快分系统受粗旋布置的影响情况。模拟结果显示：VQS罩内粗旋的存在对VQS罩内旋流规律的影响很小，但是粗旋布置的位置会影响VQS系统的分离效率。对VQS罩内粗旋位置进行了优化，考察了三个不同工况，结果显示当粗旋料腿中心距离提升管中心2200～2600 mm时，VQS系统分离效率受粗旋的影响程度比较低，优选2200 mm。     

气液分离器的结构设计与流场分析

设计了一种新结构气液旋流分离装置,并介绍了该装置的结构特点、尺寸参数和工作原理。基于计算流体动力学软件Fluent,采用雷诺应力模型,模拟仿真了新型气液旋流分离器的内部流场分布。同时分析了不同分流比变化对分离器内气相浓度分布、压力和速度的影响规律。气-液分离器分离效率达到80%,说明新型气-液旋流分离器的除气处理效果优越。     

颗粒负荷对小型旋风器性能影响的模拟分析

为探究颗粒负荷对小型旋风器内气固两相流动的影响,基于雷诺应力模型（RSM）和欧拉-欧拉方法的混合流模型（Mixture）进行气体-颗粒、颗粒-颗粒的相间耦合计算。采用粒径为0.5～5μm的颗粒组在40L/min、60L/min和80L/min的入口流量下模拟0~3kg/m³的5种不同颗粒浓度工况,通过对比旋风器内纯气相流场和颗粒负荷流场的不同,研究了颗粒的存在对流场的影响;探究了入口流量和浓度变化对旋风器内分离效率和压降特性的影响。基于模型有效性验证的数值模拟结果表明：较高颗粒浓度负荷使旋风器内的气相流场发生显著变化。随着入口流量的增大,旋风器的分离效率先增大后减小,压降呈非线性增大。随着颗粒浓度的增大,旋风器的分离效率逐渐增大,压降先减小后增大。     

环流预汽提组合旋流快分系统分离性能的实验研究

针对新型旋流快分器与密相环流预汽提器的优良特性,将两者耦合成一套完整的快分系统. 通过大型冷模实验,研究了该快分系统的分离特性,并考察了操作条件对系统快分效率及快分压降的影响规律. 结果表明,该系统能较好地实现气固高效分离,具有较大的操作弹性和优良的操作稳定性,冷态下分离效率在98.5%以上,最高可达99.93%,快分压降分布合理. 根据实验结果,得到该系统分离效率及压降的经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

淘析器内气固两相流动的数值模拟

针对现有淘析器存在分级效率低,粒料中夹带塑料粉尘和部分粒料随气流溢出的问题,采用CFD模拟软件FLUENT6.2对现有淘析器及其改进型淘析器内部的气相流场和粒子运动轨迹进行了数值模拟.气相控制方程采用标准湍流模型,颗粒运动控制方程采用随机轨道模型.模拟结果表明:改进型淘析器可消除现有淘析器出口附近的短路流:加长对流直管段,增加了气固对流时间,强化了气流对粒料表面的剪切作用;淘析区加入格栅,既规整流场,消除静电吸附,又通过碰撞振动提高了粒料表面粉尘的分离程度.     

黄磷脱砷装置中分相器的CFD数值模拟研究

介绍了黄磷脱砷工艺及该工艺中黄磷-双氧水分相器的基本结构、工作原理、优点和应用,着重研究了分相器旋流腔内流场特性。由于通过实验的方法无法全面地揭示其流场性质,采用计算流体力学的方法,用Gambit对该分相器进行几何建模、网格划分和边界条件的定义,应用Fluent软件,选用雷诺应力模型(RSM模型)作为湍流模型对黄磷-双氧水分相器进行了数值模拟计算,得到分相器内部流场、速度场和压力场的信息,还有黄磷体积分数等物理量的变化规律,并将数值模拟分离效率与实验结果进行了比较,分析了分相器内部流场的分布规律和两相流的分离特性,为黄磷-双氧水分相器的工业化放大设计提供参考依据。     

Function and effect of the inner vortex on the performance of cyclone separators

The inner vortex plays a key role in the performance of cyclone separators. To explore the function and effect of the inner vortex in cyclone separators, a series of metal rods and metal blades are inserted in the typical Lapple cyclone separator to reduce the intensity of the inner vortex. First, the changes in general performance of cyclones are measured by experimental methods after insertion of the metal rods and metal blades. The flow field and particle motion are then simulated, respectively, by means of a Reynolds stress model (RSM) and a Lagrangian particle tracking (LPT) model. The results show that when the length of the metal blades is less than the boundary between the inner and outer vortexes, that is, the outer vortex remains unchanged and the inner vortex is destroyed partly, the separation efficiency remains constant and the pressure drop significantly decreases. When the length of the metal blades exceeds the boundary, the inner vortex is completely destroyed, and the outer vortex is significantly damaged, which results in sharp decrease of both the separation efficiency and pressure drop. The results indicate that the inner vortex has a notable effect on the pressure drop and virtually none on the separation efficiency. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 4508–4518, 2017     

环流式旋风除尘器内流场的数值模拟

采用 CFD 模拟软件 Fluent 6.2 提供的雷诺应力模型(RSM)对环流式旋风除尘器内的流场进行了数值模拟研究.并与热线热膜风速仪实验测试结果进行了比较.模拟结果与实验结果基本吻合.结果表明:环流式旋风除尘器特殊的流路设计,避免了内外旋涡的相互干扰,增强了旋转速度,规整了流形,减小了强湍流对性能的影响,消除了旋风除尘器易产生的短路流和二次返混,提高了除尘效率,降低了设备的压降.通过对影响除尘器性能的局部涡进行分析,为进一步优化结构提供了参考依据.     

局部磨损对α型旋风分离器内流场及分离性能的影响

以α型旋风分离器为研究对象,基于欧拉-拉格朗日方法,采用雷诺应力模型（RSM）、颗粒离散相模型（DPM）、E/CRC磨损方程对分离器内流场与磨损特性进行数值模拟。通过分析速度矢量、切向速度、颗粒运动轨迹等参数的分布规律,研究了局部磨损对设备内流场及分离性能的影响。结果表明,α型旋风分离器入口正对壁面磨损最为严重,最大磨损率约为1.4×10^-5kg/(m²·s)。磨损引起壁面几何结构的改变,导致气流方向发生偏转,不利于主流的稳定与固体颗粒的分离。随局部磨损的加剧,排气管下口短路流急剧增大,从而导致排气管下口以下区域流体流量减少,外涡切向速度降低;细颗粒的逃逸现象更加明显,粗颗粒运动轨迹趋于重合,更易形成高浓度灰环加剧壁面磨损。与未磨损时相比,局部磨损厚度50mm时,3μm粒径颗粒的分离效率由74.38%降低至54.97%,分割粒径d₅₀由0.73μm增大至2.36μm;设备压降降低了约15.41%。     

搅拌釜三维流场的雷诺应力模型数值模拟

引言 近年来,雷诺平均Navier-Stokes方程及其封闭方程组成的湍流模型在应用于搅拌釜复杂湍流现象的模拟上取得了成功,主要是采用标准k-ε[1]、RNG k-ε[2]等模型.     

螺旋片导流式气液分离器的数值模拟与试验研究

The gas/liquid spiral separator, a key component in the compressed air system, was used to remove liquid and oil from gas stream by centrifugal and gravitational forces. To optimize the design of the separator, the relationship between the performance and structural parameters of separators is studied. Computational fluid dynamics （CFD） method is employed to simulate the flow fields and calculate the pressure drop and separation efficiency of air-liquid spiral separators with different structural parameters. The RSM （Reynolds stress model） turbulence model is used to analyze the highly swirling flow fields while the stochastic trajectory model is used to simulate the traces of liquid droplets in the flow field. A simplified calculation formula of pressure drop in spiral structures is obtained by modifying Darcy＇s equation and verified by experiment.     

环流式旋风除尘器内颗粒运动的数值模拟

采用CFD软件Fluent提供的雷诺应力模型（RSM）和随机轨道模型,对环流式旋风除尘器内颗粒运动轨迹进行了数值模拟研究。预测了不同粒径颗粒的运动轨迹和分离效率。结果表明：颗粒在环流式旋风除尘器内的运动路径比常规除尘器长;特殊的流路设计,避免了常规旋风除尘器易产生的上灰环和颗粒短路问题,使除尘效率大幅度提高;除尘器内颗粒运动有较强的随机性,尤其对于小颗粒,受气流湍动影响显著。对不同粒径颗粒分离效率的预测表明：环流式旋风除尘器的分割粒径为1．25μm。     

FCC内置式四旋分离系统内气固两相流场的数值研究

通过数值模拟的方法,采用RSM湍流模型对FCC内置式四旋分离系统内气固两相流场进行了研究.研究表明,四旋灰斗底部存在错流,不利于排料;储料罐顶部平衡管泄气有利于四旋排料,但同时增加了颗粒逃逸的概率,降低分离系统效率;分离系统内颗粒运动轨迹包括灰斗捕集、排气管逃逸及平衡管逃逸,控制颗粒在平衡管逃逸可通过在储料罐内添加锥形挡板结构实现;四旋环形空间顶部与灰斗底部锥段颗粒浓度较高,易对四旋内壁产生磨损;内置式四旋分离系统优点在于不存在催化剂跑损问题.     

基于Fluent软件数值分析新型旋风筒气固两相流场

采用Fluent软件模拟一具有倾斜顶板、过渡性蜗壳、偏心内筒和倾斜出口的旋风筒的气相流场及颗粒运行轨迹。模拟过程中气体的湍流流动采用RNG k-ε数学模型,生料的颗粒运动采用颗粒随机轨道模型。结果表明：该旋风筒有强涡旋流动,中心区域明显有一气芯柱,近似为入口处速度的2倍;切向速度分布为不对称的驼峰型;蜗壳部位有径向速度分布;该结构更有利于颗粒的气固分离。     

多喷嘴射流式分离器内气固流动特性的数值模拟

基于商用软件Fluent 6.3.26,采用雷诺应力模型及DPM离散相模型并结合理论分析,对基于喷嘴造旋的射流式分离器内两相流动特性进行了模拟计算,得到了较为全面的两相流动规律与细节.结果显示,分离器内部切向速度峰值可达160 m·s^-1,自由涡区的切向速度约为130 m·s^-1,旋流强度明显高于传统旋风单管;沿轴向下,下行流流量逐次减少,其中稳流体顶部下行流降低最为明显,下行流减少致使颗粒卷入内旋流概率增加,分离效果下降;分离器内部局部存在顶部贴壁射流、射流区二次流及灰斗口旋涡流等次级流动;分离器压降约为27.43 kPa,喷嘴区内外旋流能耗分别为4.57 kPa(21.8%)、5.76 kPa(27.6%),稳流体区内外旋流能耗分别为5.85 kPa(27.6%)、4.01 kPa(18.9%);分离器对应的切割粒径较小,约为1.6 μm,极限粒径约为10 μm,符合工业应用要求;基于所建颗粒受力模型及模拟条件下,分离空间可分离的临界粒径为1～2 μm,3 μm及以上颗粒的逃逸浓度小于 0.15 g·m^-3,满足下游烟机对气流的净化要求.