运用CFD对Buell型旋风分离器的模拟分析

运用数值模拟方法计算了颗粒在旋风分离器中的运动轨迹,得到了不同粒级的颗粒分离效率和分离器总压降,并将分离效率计算结果与Barth经验模型,压降计算结果与Dirgo经验模型计算值进行比较,发现运用CFD模拟计算与经验模型结果基本一致,分离效率略低、压降比较吻合。同时发现不同粒径颗粒逃逸的主要途径不完全相同,在入口上方或下部进入的离子逃逸概率较高。研究结果还表明,应用计算流体力学来研究旋风分离器的分离性能方便可行。     

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。     

旋风分离器数值模拟及结构优化研究进展

对旋风分离器流动理论做出总结,对比各湍流模型的优劣,采用大涡模拟或雷诺应力模型能较好模拟旋风分离器内部流场。从机理上分析旋风分离器的分离理论,分区分离模型在边界层分离理论的基础上细化旋风分离器内部的流场区域,是现阶段的发展趋势。根据工业发展的需求重点阐述高温高压工况对旋风分离器流场及分离效率的影响。并对现阶段旋风分离器的结构优化做出分析总结,提出未来的发展趋势。     

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。     

冷壁旋风分离器温度场的数值模拟研究

采用数值模拟和理论分析的方法研究了壁面降温对旋风分离器温度场及液滴分离规律的影响。数值模拟结果表明,壁面降温可以显著改变旋风分离器的温度场,且温度沿着径向呈M形分布,沿着轴向向下逐渐降低,这是旋风分离器特有的上、下行流动传热的结果。通过对液滴的形成、碰撞和碰壁的分析,得出壁面降温可以促进液滴的凝析、聚并和黏壁,有利于液滴的回收。     

褐煤干燥提质使用的旋风分离器流场数值模拟研究

旋风分离器作为褐煤干燥提质设备的主要组成部分,内部有着复杂的湍流流场,而且在内部温度很高的条件下,其他试验无法进行。为了解决这一问题,应用Fluent数值模拟软件,对旋风分离器在褐煤分离提质过程中的流场状态进行了分析研究,从而掌握旋风分离器在分离过程中的流场形态,为旋风分离器的设计和改进提供了理论依据。     

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。     

粉煤热解系统旋风分离器流场的数值模拟研究

为了进一步了解粉煤热解系统旋风分离器的流场分布规律,在根据旋风分离器实物建模的基础上,选用RSM湍流模型、离散对流项QUICK格式、压力梯度项PRESTO格式对其流场进行数值模拟。对于旋风分离器的切向速度分布、轴向速度分布及流场湍流结构的模拟分析说明,通过该数值模拟方法能够得到合理的流场分布规律,这为后续的颗粒场模拟奠定了基础。     

基于DPM-CFD的旋风除尘器内部流场数值分析

采用离散相模型对旋风除尘器内部气固两相流场的分布特性进行数值模拟分析。模拟结果表明:粉尘颗粒的运动具有很强的随机性,上尘环和局部涡流始终存在,在除尘器圆筒壁面和中心管之间的区域以及中心管底部下方的区域都形成了环形的纵向涡流,中心管底部下方区域和中心管的进口区域湍动能和湍动能耗散率最大,中心管长度是影响旋风除尘器内部流场的一个重要参数。此外,对中心管的长度做了最优化设计,为旋风除尘器的结构优化设计和重点研究方向提供了借鉴和依据。     

旋风分离器流场优化研究

介绍了旋风分离器的结构组成、功能原理,以测试数据作为边界条件,模拟井下工况对旋风分离器流场进行了数值模拟,以气体压力变化率作为流场优化目标函数,对旋风分离器内部流场进行了优化,优化后,旋风分离器内部气体压力变化率明显降低,从而为锚杆钻车降噪研究奠定了基础。     

旋风分离器流场数值模拟及其涡结构识别

采用计算流体力学软件Fluent,基于非稳态雷诺应力湍流模型对旋流分离器流场进行了模拟,得到了旋流分离器内部切向速度和轴向速度分布,并与实验值进行对比;同时将Q判据应用于旋风分离器内漩涡结构的识别,比较了切向进口处两种不同网格结构对涡结构的影响。结果表明:非稳态的雷诺应力湍流模型模拟结果对切向速度进行很好的预测,几乎与实验一致,轴向速度与实验结果趋势一致,能够很好的预测轴向速度的"驼峰"结构;切向进口处的网格质量由于伪扩散对模拟结果有影响,需要进行优化;利用Q判据能够将旋风分离器内部的旋进涡及环形空间二次涡进行准确识别,在旋风分离器中心轴线附近及环形空间存在漩涡。     

三锥角水介旋流器锥体结构优化及数值模拟

为了考察三锥角水介旋流器的锥体分选特点，采用正交试验和计算流体力学的方法，对三锥角水介旋流器的锥体结构进行初步研究。首先通过正交试验探究不同角度锥体对粗煤泥分选效果的影响，在满足最大产率原则的条件下，得到较优的锥体参数。然后利用ICEM-CFD对三锥角水介旋流器的内部流场进行数值模拟，湍流相采用雷诺应力RSM模型，采用DPM离散相模型模拟三锥水介旋流器内颗粒运动，分析内部流场的压力、速度分布规律及固体颗粒运动轨迹，结果表明：三段锥体对分选效果都有影响，影响程度为一段锥体＞二段锥体＞三段锥体|一段锥体能够获得较低的精煤灰分，二段和三段锥体能在要求的灰分范围内保证较高的精煤产率。     

固-液旋流分离器两相流场数值模拟研究

采用标准k-ε湍流模型和混合模型的数值模拟方法,对固-液旋流分离器内的两相流流动机理及分离特性进行研究。模拟结果表明,分离特性符合有密度差的两相流分流机理。建立的模型和使用的计算方法有效。     

Numerical study of particle–fluid flow in hydrocyclones with different body dimensions

This paper presents a numerical study of the gas–liquid–solid multiphase flow in hydrocyclones with different dimensions of body construction, which include the lengths of cylindrical and conical parts and cyclone body size. The turbulent flow of gas and liquid is modelled using the Reynolds stress model, the interface between the liquid and air core is modelled using the volume of fluid multiphase model, and the results are then used in the simulation of particle flow described by the stochastic Lagrangian model. The flow features are examined in terms of flow field, pressure drop, split ratio reported to the underflow, particle trajectories and separation efficiency. The proposed model is first validated by the good agreement between the measured and predicted results, and then used to study the effects of cyclone size and length. The results show that the flow fields in the hydrocyclones with different size and length are different, which results in different performance. A smaller cyclone is helpful to higher efficiency. The cylindrical section plays an inessential role in collecting particles. A long conical section can improve the performance of hydrocyclone considerably.     

基于数值模拟的螺旋式旋风分离器气相流场分析

借助CFD软件,选用RSM分析模型,对螺旋式旋风分离器内部流场进行了模拟分析。结果显示,该分离器内部流场比较稳定,具有各向异性特点,排除了传统分离器的短路、返混及上灰环现象,但局部仍存在低强度涡流。     

切流式旋风分离器的结构对颗粒分离的影响

切流式旋风分离器以其结构简单、成本低廉、制造方便，又可耐高温、高压而广泛地应用于石油、化工、冶金、食品、医药等行业中，用于气固相分离，特别是去除含尘气相物料中的粉尘颗粒以及熔炼炉、干燥器的尾气除尘。     

Dynamic model for a dense medium drum separator in coal beneficiation

Dense medium drum (DMD) separators are unit processes that are typically used to beneficiate coal, iron ore and other minerals by making use of density separation. Some coal dense medium separation plants typically include a DMD separator. The operational management of this unit process is often limited to localised control of medium density and feed mass flow rate. Dynamic models for coal dense medium separation have been developed by the authors with the intention of using them for dynamic control.A suitable dynamic model for a DMD separator could not been found in the available literature. This paper shows how the dynamic model for a dense medium cyclone has been applied to a DMD separator. The model parameters were determined and the performance of the model is evaluated using actual plant data from a Wemco drum. Coal washability and drum partitioning behaviour are used to estimate the grade of the product for model grade simulation and validation.