化肥厂并联布置的旋风分离器组的优化研究

通过研究旋风分离器的特性,了解筒体直径和压降是影响旋风分离器成本的主要因素,建立了并联布置的旋风分离器组的成本模型。取某一化肥厂的实际参数进行实例计算,得出通过减少旋风分离器的个数、合理增大旋风分离器的筒体直径、改变旋风分离器的局部结构,可在一定程度上降低成本。分析成本模型的特殊性,通过数值计算,可以得到基于总成本最小情况下的最优旋风分离器筒体直径,为旋风分离器组的优化设计提供参考。     

循环流化床锅炉SNCR氨水脱硝工艺研究及控制优化

影响循环流化床锅炉SNCR脱硝最为关键的因素有停留时间、温度和混合均匀性,因循环流化床锅炉在旋风分离器的温度基本在800～950℃之间;进入旋风分离器后的烟气停留时间为2.5～4.0s,因此温度和停留时间比较稳定,但分离器进、出口烟道结构比较复杂,氨水喷入区域流速达25～30m/s,要使SNCR氨气能与烟气混合均匀难度较大,它与负荷工况、煤质、流体压力、纯度及喷枪射程、雾化角有关,因此混合均匀度是SNCR脱硝效果的最主要因素。为了掌握分离器进口烟道、旋风分离器、中心筒、尾部烟道等区域的氨浓度分布情况,通过计算流体力学(CFD)数值模拟技术,采用标准k-g模型,比对以原有氨水脱硝工艺及氨气脱硝工艺各区域氨浓度分布状况。计算过程中,为防止壁面非线性发散,采用低松弛迭代的变松弛系数法。该文利用建立的模型进行了流场模拟,根据氨浓度标准偏差百分量计算公式,计算出分离器进口烟道、旋风分离器、中心筒、尾部烟道等区域的氨浓度,对流场速度均匀性进行了评价。经过多次流场数值模拟,结果显示,采用原有SNCR氨水脱硝,烟道入口区域氨浓度标准偏差为8.5%时,尾部烟道区域氨浓度标准偏差为3.75%;同样工况下,...     

基于响应曲面法径向入口旋风分离器的结构优化

采用流体力学软件对不同结构径向入口旋风分离器的气固两相流场进行了数值模拟,并基于响应曲面法得到旋风分离器的压降模型及分离效率模型。结果表明升气管直径和入口角度对旋风分离器的分离性能影响较大,且两者对旋风分离器分离性能的影响有着很强的交互作用;直筒段高度、锥体高度及升气管插入深度对分离性能影响相对较弱;下降管直径对分离效率影响较大,但对压降影响较弱;随着下降管长度的增大,压降不断增大,分离效率先减小后增大;在考虑压降及分离效率权重的基础上,得到了最优性能的旋风分离器结构,通过比较该结构旋风分离器的分离性能,发现模拟值和模型预测值吻合良好。     

旋风分离器分离效率影响因素分析

采用ANSYS-FLUENT数值模拟,分析了旋风分离器内压力分布和流场速度分布,对比不同气速和不同圆柱直径对旋风分离器分离率的影响。结果表明：旋风分离器的分离效率在一定范围内会随着气速的增大而增加,达到一定值后分离效率会降低;针对一种新型旋风筒结构,将其圆筒直径从5.8 m减小到5.0 m,旋风分离器的分离效率提高。     

旋风分离器分离效率数值模拟研究

求解旋风分离器内部流场分布以及揭示分离性能的影响因素具有重要意义。对旋风分离器内部流场建立数学描述,运用数值计算方法对其进行求解,进一步得到分离效率的影响因素。计算结果表明,固相颗粒的入口浓度愈大、速度愈大,分离效率愈高;固相颗粒粒径愈大,分离效率愈高;分离器排气管直径愈小、筒体直径愈小,分离效率愈高。     

侧壁喷液的空气旋流器处理丙烯腈废水

常用的气提设备如填料塔、板式塔和曝气池等,其气液传质过程受限使丙烯腈去除率较低(20%),为了提高气提效率,提出了运用旋风分离器侧壁装喷嘴喷液雾化的方式与切向进入旋风分离器形成超重力空气流场进行气液传质反应的研究思路。文中通过CFD数值模拟和试验相结合的方法研究了喷嘴压力、气体流速、丙烯腈废水质量浓度对丙烯腈去除效率的影响。研究结果表明:在常温、常压、喷嘴压力为0.75 MPa、气体流速在10 m/s左右、丙烯腈水溶液质量浓度为3 000 mg/L时,丙烯腈的去除率最高,去除效率能够达到71.3%。侧壁装有喷嘴的旋流器具有强化气液传质的效果,使得废水中的丙烯腈高效去除,有着广泛的应用前景。     

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。     

基于响应曲面法的旋风分离器结构优化

为了优化旋风分离器的分离效率和能量损耗,确定影响旋风分离器性能的主要结构参数,采用响应曲面模型和CFD数值模拟,以排尘口直径(Dd)、排气口直径(De)、入口速度(V)为设计变量,以压降和总分离效率为目标函数,进行三因素的优化设计分析。研究结果表明,排尘口直径对压降和分离效率影响不大,排气口直径与速度对压降和分离效率影响显著,且排气口直径与速度的交互作用明显。针对本次0.5～10μm的颗粒群,推荐最优参数组合是De/D=0.35、Dd/D=0.37、V=12 m/s。与实验的结构相比,在相近的分离效率情况下,压降降低了一半,有效地减少了能耗。表明所建立的响应曲面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系,基于响应曲面模型的优化设计方法可以有效用于旋风分离器的结构优化。同时不同的粒径要求可以采用不同的结构进行除尘,在达到分离要求的前提下,采用最小压降的结构,本次研究为分离0.5～10μm粒径的结构提供有利的依据。     

E型旋风分离器流场的数值模拟和分离性能研究

采用数值模拟方法分析了旋风分离器内的上顶板附近的二次流特性,并与试验结果进行了比较,吻合较好。模拟了旋风分离器内的切向、轴向速度随入口气速变化的特性,并以此说明E型旋风分离器的流场结构特性。采用DPM方法分析了旋风分离器的入口速度、粉尘浓度和排气口直径对其效率的影响,模拟结果与试验测定值变化趋势一致。     

基于响应曲面法的旋风分离器结构优化

为了优化旋风分离器的分离效率和能量损耗,确定影响旋风分离器性能的主要结构参数,采用响应曲面模型和CFD数值模拟,以排尘口直径（D_d）、排气口直径（D_e）、入口速度（V）为设计变量,以压降和总分离效率为目标函数,进行三因素的优化设计分析。研究结果表明,排尘口直径对压降和分离效率影响不大,排气口直径与速度对压降和分离效率影响显著,且排气口直径与速度的交互作用明显。针对本次0.5～10 μm的颗粒群,推荐最优参数组合是D_e/D=0.35、D_d/D=0.37、V=12 m/s。与实验的结构相比,在相近的分离效率情况下,压降降低了一半,有效地减少了能耗。表明所建立的响应曲面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系,基于响应曲面模型的优化设计方法可以有效用于旋风分离器的结构优化。同时不同的粒径要求可以采用不同的结构进行除尘,在达到分离要求的前提下,采用最小压降的结构,本次研究为分离0.5～10 μm粒径的结构提供有利的依据。     

重油燃烧器Y型喷嘴气液两相流动与雾化特性模拟

为改善重油雾化质量,针对沥青站重油燃烧器Y型喷嘴,运用CFD (Computational Fluid Dynamics)方法研究了喷嘴结构参数(混合室长度、入口直径比、入口夹角)与雾化参数(重油流量、空气入口压力、重油温度)对喷嘴气液两相流动与雾化特性的影响。结果表明,结构参数与雾化参数直接影响喷嘴内油膜厚度与气液两相速度差;不同参数下,喷嘴气耗率与液滴索泰尔平均直径的变化规律相反;综合考虑两个雾化性能指标,混合室的适宜长度为15~20 mm,入口夹角的合理范围为60°~75°,入口最佳直径比为1.0~1.1;为保证重油获得较好的雾化效果,空气入口压力应大于0.5 MPa,这为优化Y型雾化喷嘴的结构与运行参数提供了参考。     

地沟油生物柴油在旋流喷嘴中的雾化实验及模拟

对地沟油生物柴油在旋流雾化喷嘴中的内部流场及外部流场进行数值模拟,考察了喷嘴孔径、旋流芯螺距、螺柱槽道横截面积和槽道形状等结构参数对出口雾化速度及索特平均直径的影响,通过实验对模型进行了验证。结果表明,0.7 mm孔径的喷嘴的韦伯数最大,索特平均直径与雾化锥角最优。螺距4 mm的喷嘴雾化特性最优,旋流芯螺距越小,流体在喷嘴内旋流次数越多,阻力损失越大,流体在切向分量上速度越大。梯形槽道的雾化效果最好,相同横截面积下槽道的水力直径越大,雾化效果越好;截面积1 mm2槽道的喷嘴最优,槽道横截面积越小,流体在槽道中的湍流程度越大,流体内部剪切应力越大,液体表面不稳定波急剧增大。     

稳定段长径比对喷嘴雾化性能的影响

利用相位多普勒粒子分析仪,对BW J(Ⅲ)型干气雾化进料喷嘴的2种新型喷头雾化特性进行了冷态实验研究。在不同的喷嘴稳定段长径比下,对喷嘴的雾化粒径及喷射角分别进行了试验测量,并对雾化粒径和喷射角随长径比的变化规律进行了分析。同时,文中介绍了新型雾化进料喷嘴的结构、冷态试验研究装置和测量设备。结果表明,稳定段长径比对于雾化粒径及喷射角有比较明显的影响,试验结论为雾化喷嘴的设计提供了一定依据。     

脉动进料气液旋流分离器分离性能分析

为提高钻井液振动筛的气、固、液分离能力,一种以振动筛形成的脉动真空与压缩空气注入相结合的固液分离钻井方法被提出,在此基础上出现了一种采用脉动进料边界的旋流器。为分析旋流器的气液分离性能,需要探究其脉动进料条件下的最佳气液分离效率及其影响参数。为此,采用Fluent对稳定、脉动进料状态下不同结构参数的旋流分离器进行流动模拟,通过UDF函数设置脉动进料边界,并分析效率曲线得到脉动进料状态下分离器的最优参数。结果表明,脉动进料状态下的流场可以较好地实现稳定;采用频率为0.4 Hz的正弦脉冲进料气液分离效率最高,可达85.5%;在脉动进料状态下,其脉动不连续性会导致流场湍动能变大,径向压力降梯度降低,切向速度峰值降低。     

Research on rotary nozzle structure and flow field of the spinneret for centrifugal spinning

High-speed centrifugal spinning is a novel method of fabricating nanofibers by use of centrifugal force field. The neoteric designs and proper structural parameters of spinning nozzle will change the outlet velocity and velocity distribution uniformity of spinning solution, which could affect the quality of nanofibers. Four different spinning nozzles that can be used for high-speed centrifugal spinning are proposed. The flow of spinning solution in the different rotary nozzles is simulated based on the theoretical analysis. It can be found that the curved-tube nozzle is better for high-speed centrifugal spinning comparing with the velocity distribution of spinning solution in the four different spinning nozzles. The influence degree of the structure parameters of the curved-tube nozzle on the solution outlet-velocity is explored by orthogonal test method. The result shows that the curved-tube nozzle with an inlet diameter of 10 mm, conical transition pipe length of 3 mm, nozzle outlet diameter of 0.8 mm, curvature radius of 4 mm, and central angle of curved tube of 30°, can effectively enhance the outlet velocity of spinning solution. Finally, it is proved by centrifugal spinning experiment that the curved-tube nozzle after optimization can improve the morphology and quality of nanofibers.     

新型气液逆流撞击洗涤喷嘴的优化

针对一种新型气液逆流撞击式洗涤喷嘴,通过冷模实验,采用溶氧法考察了不同结构喷嘴的气液两相传质性能。结合解析率及流型变化,考察了喷嘴出口直径、切向进液口倾角、旋流室收敛段锥角、切向进液口直径、喷口长度5个参数对传质的影响,确定了优选喷嘴的结构尺寸,分析了该优选喷嘴在不同操作条件下(气速、表观液气比和轴切比)的传质效果。结果表明,优选喷嘴在轴切比为0.4~0.6且气速较高时传质效果较好。     

Numerical Simulation of the Two‐Phase Fluid Field in a Gas‐Around‐Liquid Spray Nozzle

A new gas‐around‐liquid spray nozzle (GLSN) was designed, and the two‐phase flow fluid field in this nozzle was simulated numerically. Flow characteristics under different structural parameters were obtained by changing the L/D ratio of the premixing chamber, incident angle, and inlet pressures. Increasing the L/D ratio and incident angle improved flow characteristics such as atomization flow, outlet velocity, and turbulence intensity. The nozzle performed optimally at an L/D ratio of 0.5 and incident angle of 60°. The atomization flow decreased with higher gas pressure and increased with higher liquid pressure. The outlet velocity mainly depended on the inlet gas pressure, not on the inlet liquid pressure. These results provide an indication for optimum structures and parameters of the GLSN.     

发泡原油气液分离器的设计

原油发泡使得油气分离效率低,造成很大的计量误差,并会对设备造成损害。针对发泡原油的特性,研制了发泡原油气液分离器。介绍了发泡原油分离器的整体结构、工作原理、技术创新以及内部构件的设计。分析了气液旋流器的数值模拟结果,并且优化了气液旋流器的结构。     

基于制备超细复合含能材料的对置受限式撞击流反应器微观混合性能

由于对置受限式撞击流反应器较高的传热及混合效率，能够制备出粒径小、均匀且分布范围窄的超细颗粒。本文采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系研究入射速度、结构尺寸对对置受限式撞击流反应器微观混合效果的影响规律，并将混合腔尺寸同等比例放大一倍进行对比研究。结果表明，随着入射速度的增大，离集指数减小，微观混合效果提高。喷嘴间距与喷嘴直径比的增大使得离集指数增大，微观混合效果降低。离集指数随着混合腔高度、混合腔出口尺寸的增大呈现先增大后减小的趋势，且混合腔高度对混合效果的影响较混合腔出口尺寸显著。将对置受限式撞击流反应器混合腔尺寸扩大一倍，离集指数增加到原来的2.4倍，微观混合效果显著下降，但是在较大入射速度下，两种结构的混合效果差距减小。研究结果可为纳米复合含能材料的制备提供高效、安全的技术支持。