新型下排气旋风分离器的流场和性能数值模拟

1前言旋风分离器以其结构简单、容易制造和安装、除尘效率高等优点成为化工、环保等领域常用的气固两相分离设备。随着近年来计算流体力学(Compu-tational Fluid Dynamics)技术的飞速发展,采用数值计算方法来模拟旋风分离器的流场和计算分离效率、压力损失成为可能。本文针对一     

电厂旋风分离器计算机仿真与优化

利用计算流体力学ＣＦＸ４．２软件对经改造后的电厂细粉旋风分离器的气固两相流进行了三维数值模拟,其气相流场采用差分雷诺应力模型计算旋转流动,在拉格朗日坐标中计算粒子运动,为优化求解,采用多块结构适体网络,利用ＳＩＭＰＬＥ算法解离散方程,给出了经改造后的细粉旋风分离器内不同截面的速度分布和粒子轨道,证明了经改造后的旋风分离器比常规的旋风分离器分离效果要好。     

不同入口截面角旋风分离器的分离特性

对常规旋风分离器的进口结构进行了改进:使得旋风分离器的入口具有一定截面角。利用计算流体动力学(CFD)技术对具有不同入口截面角旋风分离器的气相流场进行了数值模拟,比较了不同入口截面角时旋风分离器内部流场结构,并对不同入口截面角旋风分离器的压力损失和分离效率进行了实验研究。结果表明:进口具有一定截面角使得旋风分离器内部流场朝有利于颗粒分离的方向变化,可以有效改善旋风分离器的分离性能。在相同的入口风速下,随着入口截面角的增加,旋风分离器总效率和分级效率增加,而压力损失却减小。综合压力损失和效率随入口截面角的变化趋势,可以看出,在所研究的入口截面角范围,45°应是最佳的选择。     

温度对旋风分离器内颗粒浓度分布影响的模拟

为了分析温度变化对旋风分离器内颗粒浓度分布的影响,对高温下旋风分离器内气固两相流流场进行了模拟.结果表明,在入口浓度一定的条件下,随着温度的升高旋风分离器近壁区域的高浓度区扩大,螺旋状灰带逐渐消失,颗粒浓度成片状分布,在锥体排尘口区域的颗粒浓度急剧上升形成了高浓度区;旋风分离器内部的低浓度区不仅缩小,而且浓度增大.旋风分离器的径向颗粒浓度分布可以用指数函数描述,其中颗粒的径向速度、颗粒的扩散系数和边壁的颗粒浓度是影响颗粒浓度分布的主要因素.     

稳态与非稳态下旋风分离器气相流场数值模拟方法研究

为了研究旋风分离器气相流场的特性,在稳态与非稳态下,采用雷诺应力方程模型（RSM）对一台气一固旋风分离器气相流场进行了数值模拟和计算,其中旋风分离器网格划分采用混合网格分块划分技术,对流项分别采用不同阶格式进行离散,将数值模拟结果与试验数据进行了比较．结果表明：在非稳态下,动量（Momentum）方程采用二阶迎风格式（SOU）,湍动能走、耗散率￡采用高阶的Quick离散格式,雷诺应力项（Reynolds stresses）采用一阶迎风格式（FOU）是模拟旋风分离器气相流场的最佳选择．     

旋风分离器内三维两相流场的数值模拟

对旋风分离器内的三两相流场进行了数值模拟,控制方程在三维贴体人才纱下用非交 ＳＩＭＰＬＥ算法进行求解,得到了分离器内的速度和压力场,计算了表明旋风分离器进气形式的非对称性决定了其流场的三维性,轴向速度在中心处有滞流、回流现象;通过对颗粒运动轨迹的分析,发现收缩的锥体段对颗粒捕获也有不利的一面。     

温度对旋风分离器分离性能影响的数值研究

对不同温度条件下旋风分离器的压力损失和分离效率进行了数值研究.在数值预测时,气相场采用雷诺应力输运模型,应用随机轨道模型来模拟湍流流场中颗粒的运动轨迹.给出了不同温度条件下旋风分离器的压力损失和分离效率,并与实验数据以及经验模型的数据进行了比较.结果表明：压力损失和分离效率都随着温度的升高而降低,相对于经验模型而言,数值计算和实验数据吻合得更好.图10表1参12     

底部加直管旋风分离器的性能预测

针对常规旋风分离器中的“灰斗返混”问题,有研究者提出在旋风分离器底部增设一直管,使含尘气流进入其中进一步分离。本文应用雷诺应力输运模型对常规旋风分离器和加直管旋风分离器内部气相流场进行了数值模拟,并分析了常规旋风分离器锥体底部的下行流量。结果表明：常规旋风分离器锥体底部的气流旋转还很激烈,其下行流量并不为零,而加直管旋风分离器使尾涡停留在直管中,增加了粉尘的分离空间。有利于粉尘的进一步分离。     

端盖与旋流子对轴流旋风分离器的性能影响

为了研究轴流旋风分离器性能的结构影响因素,采用Fluent软件对装有不同内径端盖和不同种类旋流子的旋风分离器的流场进行了数值模拟,同时用Fluent中的DPM模型分析了不同尺寸及种类的旋风分离器对水颗粒的分离效果。结果表明：较小的端盖内径可以提高旋风分离器的分离效率,但是带来更大的阻力;旋流子叶片的螺旋角度是影响分离效率的主要因素,螺旋角度越大则分离效率越高,但是阻力也会随之增加;叶片数量不是影响阻力的主要因素。     

不同湍流模型在旋风分离器三维数值模拟中的应用和比较

采用标准κ－ε模型，RNGκ－ε模型和RSM(SSG)模型，对气—固旋风分离器中的单相湍流流场进行数值模拟计算。旋风分离器网格划分采用分块划分技术，每一块采用贴体坐标划分网格，计算结果同试验比较，三种模型中以RSM模型的预报结果最为合理，对切向速度分布的涡结构给出了合理的预报结果，同时给出了雷诺应力的各向异性特性，但同实验值仍有一定的差别，分析认为同湍流模型本身的原因外，与入口边界条件的选取和网格划分的多少有一定的关系。