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。     

旋风分离器入口结构影响的研究现状与进展

综述了近年来关于入口结构包括入口结构类型、入口截面形状以及入口下倾角度等对旋风分离器性能影响的研究。认为不同的入口结构参数设计对旋风分离器的性能及能耗有较大影响;随着入口数量增多,分离器压降降低,分离效率先升高后减少,双进口分离器的性能较优。入口截面形状采用倒三角形有利于提高分离效率,但压力损失增加;对于矩形入口旋风分离器,增大高宽比有利于提高分离效率,但也会增大压力损失。随着入口截面角的增加,压力损失降低,分离效率先升高后减小,存在有最优的入口截面角;螺旋下倾角能够改善旋风分离器的分离性能,降低压力损失并有效减少上灰环现象的发生。     

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%.     

EII型多管旋风分离器分离性能的试验研究

为了系统评价EII型旋风分离器的分离性能,探究了入口气速为6～20.5m/s,入口颗粒质量浓度为8.6～17.5g/m~3时,多管旋风分离器的分离效率和压降。结果表明:多管旋风分离器的分离效率随入口气速和入口颗粒质量浓度的增大而出现先升高后下降的趋势,多管旋风分离器的压降随入口气速的增大而增大。在相同实验条件下,与单个旋风子相比,多管旋风分离器的压降升高幅度为20%～25%,分离效率下降不大于2%,具有很好的细粉尘捕集能力。     

径向入口结构的旋风分离器内三维流场的数值研究

采用雷诺应力模型(RSM)对径向入口结构的旋风分离器内气相流场进行了数值模拟。不同于传统的切向入口结构,径向入口设计使得新型旋风分离器在保证较高分离效率的同时更能适应高压下的作业,且降低了工程焊接难度。通过模拟结果与实验值的对比发现,RSM模型能很好地预测新型旋风分离器内部气相流场,且模拟结果表明:旋风分离器内部流场呈现非轴对称性,主要表现为沿轴向气流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合,且在分离空间内各轴截面出现具有周期性的摆动涡核。分离空间内切向速度场以0.8倍升气管直径为边界,呈现自由涡与强制涡结合的兰金涡形式,随着入口角度和升气管直径比(dr=dr/D)的减小,切向速度增大,内外旋流区也随之变化。此外,升气管内切向速度呈"U"形分布,由于速度分布中心不断发生变化,亦存在摆动涡核且摆动频率较分离空间的大。     

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。     

气液旋流分离器进口宽高比优化的数值模拟

利用FLUENT提供的RSM和DPM模型对不同入口高度和宽度的气液旋流分离器进行了数值模拟. 结果显示,当增大宽度或高度时切向速度与分离效率减小,但压降降低;当宽度大于环形空间的间隙时,部分进气流量直接作用于排气管上,影响内部流场;减小入口宽度或高度时引起的压降无明显差别,但减小宽度可提高分离效率而高度则相反. 入口高度(a)与分离器筒体直径(D)的比值a/D和宽度(b)与分离器筒体直径(D)的比值b/D约为0.2时,压降基本相同,但分离效率相差约3.6%. a/D约为0.38时,分离效率约为95.6%,压降约为340 Pa;而b/D约为0.25时效率为96.3%,压降约为320 Pa,入口宽度对分离器性能的影响比入口高度更显著.     

旋风分离器进气管角度对其分离效率和流场分布模拟的影响

选用RNG k-ε模型,对旋风分离器内部流场进行了模拟分析,比较了进气管相对筒体在不同偏转角度下对旋风分离器分离效率和压力场分布的影响。将模拟结果与给定条件下旋风实际性能需要进行对比,结果表明:入口管的偏转角度在0°~10°之间将可能实现其分离效率和压降综合性能的最优化。     

柱状旋流分离器零轴速面分布特性模拟分析

采用雷诺应力模型对柱状旋流分离器气相流场中的零轴速包络面分布进行了数值模拟分析,考察了旋流不稳定性、流速以及结构参数变化对其分布的影响。指出由于分离器旋转流动不稳定性的固有存在,零轴速边界在整个分离空间会呈非轴对称的扭曲状态;在研究速度范围内,流场处于自模化区,分离器运动相似,入口速度变化对零轴速边界的分布影响不大;升气管直径与入口面积对升气管入口区域的零轴速边界分布影响较大,随升气管直径的减小和入口面积的增大,零轴速边界逐渐收缩。远离升气管入口区域,升气管直径与入口面积的影响减弱,零轴速边界宽度逐渐增大,并趋于一致;使流场趋于稳定的升气管直径与入口面积,截面零轴速边界会保持较好的圆度。     

催化裂化沉降器内两端敞开型旋风分离器内气相流动规律

研究考察了催化裂化沉降器内两端敞开型旋风分离器内油气流动规律.用CFX软件采用DSM模型进行了数值模拟,并与用五孔探针测试的流场进行了比较,表明DSM模型有良好的预测精度.在此基础上,采用标量输运方程研究了气体在旋风分离器内的停留时间分布规律.实验和模拟结果均表明,该类旋风分离器内流场与常规旋风分离器的有很大的不同,升气管和料腿均存在回流区,升气管回流区最大可波及分离空间,对分离空间流场有很大干扰.气体示踪模拟结果表明,由入口进入旋风分离器,由升气管、料腿排出的气体的停留时间近似呈对数正态分布;升气管、料腿回流区内气体停留时间呈双峰分布;升气管回流区的存在可使总气体平均停留时间增大约5%～10%;料腿直径的减小以及灰斗的存在均可增大由升气管排出的气量并使升气管、料腿回流区大幅减小,进而减小粗旋风分离器内气体总平均停留时间.