微粒在旋风分离器中的分离特性与数值模拟

针对比较难分离的微粒,运用数值模拟方法对其在旋风分离器中的运动进行模拟。气固相研究分别采用了雷诺应力模型和拉格朗日模型,模拟出了旋风分离器中气流的流动特征和粒子运动特性。将模拟得出的旋风分离器的分离效率和实验结果比较,结果表明,对于粒径大于4μm的颗粒,数值模拟结果和实验结果吻合得比较好。     

α 型旋风分离器放大效应的数值分析

旋风分离器放大效应显著,是影响其分离效率和压降的重要因素。利用ANSYS软件,对经过几何相似放大的筒体直径分别为80、150、240、320、450和1 000 mm的α型旋风分离器进行数值模拟,气相采用RSM模型,颗粒相采用DPM模型。结果表明:旋风分离器尺寸按几何相似放大后,在相同进口气速下,随着旋风分离器筒径的增大,切向速度、静压和湍动能均呈增大趋势;轴向速度分布由倒V形变为倒W形,不利于颗粒的分离。颗粒运动数值模拟与分离效率试验结果均表明:α型旋风分离器经过几何相似放大,筒体直径越大,颗粒运动轨迹更加紊乱,分离效率越低;旋风分离器放大效应对直径20μm以上颗粒分离效率的影响不大,对直径10μm以下颗粒的分离效率影响显著。     

物性和结构参数对旋风分离器压降影响的数值模拟

旋风分离器的压降是评价旋风分离器性能的一个重要参数,关系到分离系统的能量消耗和风机的合理选择。笔者在通过试验数据验证的基础上,运用Fluent软件的RSM湍流模型对旋风分离器进行了压降的数值模拟,得到了物料的密度和黏度以及旋风分离器直径对压降的影响规律。     

基于响应曲面法的旋风分离器排气管优化研究

目前针对旋风分离器排气管的研究主要为排气管直径与内伸长度,为进一步优化排气管对旋风分离器性能的影响,基于计算流体动力学的数值模拟方法,应用雷诺应力模型、离散相DPM模型对Stairmand旋风分离器内部流场进行模拟,并采用响应曲面法对变量和目标函数进行优化设计分析。结果表明:当D_e/D=0.75、D_c/D=0.485、S/D=1.130时,分离效率较优化前增加了 4.72个百分点,压降较优化前降低了 6.27%,内部流场更加稳定,优化后的结构对2～4 μm粒径:的分离效率提高显著,4～10 μm各粒径的分离效率均在95%以上,对呼吸尘旋风分离器的结构优化具有参考价值。     

进口位置对旋风分离器特性影响的数值模拟

采用相间耦合随机轨道模型,在拉格朗日坐标下对旋风分离器内颗粒的运动进行了模拟研究。结果表明,颗粒在进口位置对粒径较小颗粒的运动和分离效率影响比较大;反之,对粒径较大颗粒的运动和分离效率影响比较小。通常颗粒位于靠近入口外侧时容易被分离。     

基于RSM的呼吸性粉尘旋风分离器分离效能数值模拟研究

为研究满足BMRC曲线的呼吸性粉尘旋风分离器,利用流体力学软件Fluent 6.3对不同结构尺寸旋风分离器内部流场进行数值模拟,并基于响应曲面法、利用统计软件Design-Expert得到了呼吸性粉尘旋风分离器分离效能二次多项式预测模型。通过方差分析及回归方程系数显著性检验可知呼吸性粉尘旋风分离器筒体高度、排气管直径及插入深度对其分离效能有显著影响。根据预测模型加工旋风分离器样件并作实测验证,发现样件分离效能与BMRC曲线标准差为3.16%,小于5%。使用响应曲面法研究呼吸性粉尘旋风分离器分离效能可提高设计效率,保证计算模型可靠性,同时为满足EN481,PM10及PM2.5分离器的设计提供参考。     

旋风分离器结构设计研究进展

介绍了旋风分离器的分离机理,总结和分析了旋风分离器的各个部件结构设计在能耗、压降、分离性能等方面的优点和缺点,并对旋风分离器的研究现状进行了回顾,提出了旋风分离器结构优化设计的趋势,对未来旋风分离器结构优化设计进行了展望。     

呼吸性粉尘旋风分离器采样效率数值研究

为了研究开发满足我国BMRC采样规范的呼吸性粉尘预分离器,基于流体力学软件Fluent 6.3对不同结构尺寸呼吸性粉尘旋风分离器内部流场进行模拟仿真,选用标准正交表进行采样效率模拟实验,并利用回归设计技术建立了采样效率的二次回归预测模型。通过数值模拟比较预测模型发现,利用提供的方法研究呼吸性粉尘旋风分离器采样效率可保证计算模型可靠性,提高设计效率。     

燃煤循环流化床锅炉中并联分离器的性能实验研究

劣质煤可用于循环流化床(CFB)燃烧。多个并联分离器布置的方式被广泛地应用于循环流化床锅炉实现气固分离,然而这种布置方式容易出现造成气固两相流的不均匀分布,以及并联分离器性能的差异。在300 MW循环流化床锅炉上开展了实验研究,对比了并联的3台分离器的压降、分离效率、以及其内的燃烧现象。研究发现,中间位置的分离器具有更大的压降以及更高的分离效率,这与中间分离器具有更大的烟气流率有关。而对比并联布置的返料阀和立管的压降发现中间分离器具有更小的颗粒流率,这不利于燃烧以及炉内脱硫。此外,由于不均匀的气固两相流,中间位置分离器内烟气温升明显高于两侧分离器。     

新型高压油水分离器的结构优化研究

针对20 MPa空压机系统中油气分离净化问题,设计了一种带螺旋导流板的新型油水分离器,运用计算流体动力学方法,气相采用RSM湍流模型,液相采用粒子模型,考虑分离过程中的液滴碰撞破碎,对带不同螺旋导流板结构的油水分离器的两相流场、分离效率、压力损失等进行了数值模拟,分析了螺旋导流板的螺距及螺旋个数对分离效率、分离器压降的影响,通过理论分析与模拟结果的比较,验证了数值模拟的可靠性。优化结果表明,当入口速度为10m/s,螺旋板圈数为3圈,螺距为25mm时分离效率最高,压力损失最小,为工业设计和应用提供了参考依据。     

Applicability of a coarse-grained CFD–DEM model on dense medium cyclone

The combined computational fluid dynamics and discrete element method (CFD–DEM) approach has been proved to be an effective tool to study the fundamentals of different particle–fluid flow systems, but suffers high computational cost problem. Recently, various treatments such as parcel–particle concept, coarse-grained model, similar particle assembly and representative particle model have been developed to reduce the computational cost of CFD–DEM approaches. These treatments are basically empirical and thus their applicability is likely system-dependent. Until now, there are still no general agreements on the formulation of those models and their accuracy and general applicability are largely unknown.In this work, a coarse-grained (CG) (CFD–DEM) model is developed to model the swirling multiphase flow in a dense medium cyclone (DMC) and the error caused by the CG concept is quantified by carrying out controlled numerical calculations to directly compare the simulated results between a standard CFD–DEM model and a CG CFD–DEM model. It demonstrates that when the flow is dilute, the results are independent on the size of the grain (also called as parcel or model particle in this work). Nonetheless, when the flow is dense, small discrepancies are observed between the two models. This work suggests that the CG CFD–DEM model is indeed a useful tool to quickly evaluate the flow and performance of large-scale DMCs and the simulation results should be useful at least qualitatively, if not quantitatively.     

Numerical simulation of behavior of fine coal in oscillating flows

A mathematical Euler/Lagrangian model based on computational fluid dynamics (CFD) approach is used to simulate the stratification of coal particles in the column jig. Interactions of wide size range and density distributing particles with the fluid have been simulated in the oscillating flow. Fluid motion is calculated by directly solving the Navier–Stokes equations by a SIMPLE approach. Particles are moved in a Lagrangian frame through the action of forces imposed by the fluid and gravity. The magnitude of forces acting on particles has been analyzed and compared. Particle effects on fluid motion are fed back at each time step through calculating the velocity disturbance caused by the particle. Particle–particle and particle–wall collisions are also considered. The simulation captures the essential features of jigging process. It was found that the pulsating amplitude has less effect on stratification on fine particles than frequency does in the jigging. The best stratification is also achieved at some intermediate values of amplitudes and frequencies.     

CFD–DEM modelling of particle ejection by a sensor-based automated sorter

The efficiency of sensor-based automated sorting depends on both correct identification and separation of different types of particles. It is known that the distribution of particles fed to the sorter will affect both of these. When different particles are in close proximity, they can be “agglomerated” or seen as a single particle during identification and also have an increased probability of being unintentionally co-ejected. Both factors will have a negative effect on separation efficiency.The aim of this work was to model the air ejection manifold of a sensor-based automated sorter and to investigate the relationship between particle proximity and unintentional co-ejections. The airflow from a single air ejection valve of a sorter was modelled using computational fluid dynamics (CFD) software and calibrated against a Tomra Sorting Solutions optical sorter. It was found that the air ejection manifold could be accurately represented in CFD code. Particles were modelled using the discrete element method (DEM) software and the effect of particle position, relative to an air ejection valve, on accurate ejection was examined using an integrated CFD–DEM model. The results of these models matched reasonably well with physical measurements. The models created can be used as a basis for the prediction of sorter efficiency.     

单一裂隙渗流的格子Boltzmann数值模拟

基于格子Boltzmann方法在计算流体力学方面具有程序易于实现、边界条件处理简洁、计算效率高、可得到清晰物理图像等优点,将其与D2Q9模型结合,采用非平衡外推格式的分布函数边界,建立单一光滑平板裂隙渗流模型,并结合经典流体力学的泊肃叶流算例,验证了模型的有效性。最后,分析不同压力差、不同隙宽对单一裂隙渗流量及流量稳定所需计算时步的影响,得出:单一裂隙渗流过程中,压力差或隙宽越大则该时刻下的渗流量越大,而渗流量达到稳定的计算时步与压力差和隙宽呈相反关系,即压力差与隙宽越大则其渗流量达到稳定所需计算时步越长。     

采空区瓦斯流动规律的CFD模拟

采用CFD数值模拟方法对采空区瓦斯流动及分布规律进行了研究.阐明了计算流体力学CFD模拟的理论基础，介绍了运用FLUENT程序开发CFD模型的方法，并运用所开发的CFD模型对张北矿11418工作面采空区瓦斯流动规律以及地面钻孔抽放条件下瓦斯流动规律进行了模拟，模拟结果表明:采空区回风巷侧的最大瓦斯浓度可达80％.同时表明:采用CFD模型研究采空区瓦斯流动规律是可行的方法之一.     

自吸气离心浮选机锥体角度对槽内流场影响的数值研究

锥体角度对离心浮选机内部流场具有重要的影响,选定3种锥体角度,利用CFD软件Star CCM+分别对离心浮选机浮选槽内流场进行数值模拟研究。流场计算时,以水为流体介质,并选用非稳态、标准κ-ε湍流模型。计算结果表明:进料管为单排,下筒体锥角为120°时,外筒体所受的压力最大,沿浮选槽内壁的切向速度也最大。模拟结果为有效利用浮选空间,提高浮选效率,优化浮选结构提供依据。     

煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率理论研究

为分析煤矿井下气水喷雾雾化特性及降尘效率,借助流体力学、多相流及气溶胶等相关理论,对气水喷雾雾化特性与喷雾降尘效率进行了全面的理论研究。根据流体力学与多相流相关理论,建立了求解空气雾化喷嘴气、液质量流量的完整方程组,并给出了雾化粒径和雾滴速度的计算公式;通过建立煤矿井下气水喷雾降尘数学模型,推导出分级效率的理论计算式,并采用Origin软件绘制出分级效率与供气流量、供水流量及粉尘粒径的关系曲线;同时,结合粉尘粒径和频率分布式,建立了全尘降尘效率与呼吸性粉尘降尘效率的理论计算式,并分析了粉尘中位径及粒径分布指数对降尘效率的影响。     

基于絮凝动力学的煤泥水絮凝过程及其研究方法综述

煤泥水的絮凝沉降是煤炭湿法洗选工艺的重要操作单元。分析和优化絮凝过程,提高絮凝效率,对提高选煤生产效率有重要意义。本文从絮凝动力学的角度,综述了煤泥水中悬浮颗粒的性质、药剂制度和流体运动对絮凝过程的碰撞频率、碰撞效率和破碎效率的影响,总结了絮凝药剂促进细颗粒絮凝的化学作用机制和湍流涡旋尺度调控对提高絮凝效率的物理作用机制;综述了从絮凝动力学角度研究煤泥水絮凝过程的方法,比较了计算流体力学(CFD)、群体平衡模型(PBM)和离散元(DEM)等方法应用于煤泥颗粒间作用力、絮凝流场和煤泥絮凝动态过程研究的优缺点。通过比较分析认为,CFD-DEM耦合方法特别适用于多组分、多粒度的煤泥水体系,是研究煤泥水絮凝的理想方法。