喷嘴对涡流管能量分离效应影响

涡流管,又称兰克-赫尔胥（Ranque-Hilsch）管．它是一种结构非常简单的能量分离装置,由一根两端开口的管子以及喷嘴、孔板和调节阀构成,工作时高压气体由进气管进入喷嘴,经喷嘴内膨胀加速后,以很高的速度沿切线方向进入涡流室,气流在涡流室内形成高速涡旋,由于热阀与冷端孔板之间的压力差,在涡流管内的中心区域形成回流气体,经过涡流变换后分离成总温不相等的两部分气流．其中,处于中心部位的回流气流温度较低,     

三锥体旋流芯管能量损失分析

应用ANSYS流体力学计算软件模拟了旋流芯管内流体压力损失的分布,分析了流体速度在旋流芯管内各段的变化情况,得到了能量损失在旋流芯管各段的分布规律。在此基础上分析了旋流芯管各段引起能量损失的主要因素,证明了能量损失主要发生在进口管段和尾管段。     

螺旋拧装式导流叶片对超音速分离器旋流管速度场的影响

超音速气液分离技术是天然气脱水工业的一大突破,分离翼是超音速气液分离管的核心部件,是形成高速旋流高效分离的主体。在传统三角分离翼存在诸多不足的基础上提出表面光滑的螺旋拧装式导流叶片的设计,建立旋流管三维物理模型。运用Fluent14.5对气流绕导流叶片的旋流速度场进行了数值模拟,结果显示,在导流叶片尾端气流平均切向速度达到最大值163.28 m/s,气流在导流叶片后可形成较为稳定的强旋流场,x=0.30 m处特征截面的平均切线速度达131.50 m/s,可实现较理想的气液旋流分离。     

短接触旋流反应器导叶位置对气相流动的影响

采用雷诺应力模型对不同导叶位置下的短接触旋流反应器内气相流动进行数值模拟,并且用组分输运方程研究了气体在旋流反应器内停留时间的分布规律,分析了导叶位置对反应器内气相停留时间分布、气相流场以及排气管入口短路流的影响。结果表明:不同导叶位置的旋流反应器排剂口处气相停留时间分布曲线相似,而混合反应区内气相停留时间分布曲线仅在时间轴上发生微小偏移;叶片离反应器入口越远,混合反应区内切向速度越小,而排气管下方分离反应区内外旋流切向速度显著增大及准自由涡范围减小;叶片与排气管入口距离减小可以降低附近短路流率,减小催化剂的“跑损”,但也增大了排气管内气流旋转强度,造成不必要的能量损耗增大。     

用于催化外甩油浆的微旋流分离流场的数值模拟

为了研究用于催化外甩油浆分离的一种微型旋流芯管内部的流场,采用雷诺应力模型(RSM),对旋流芯管内油浆单相流动进行了数值模拟,得到了其内部流场的轴向速度、切向速度、径向速度和压力分布规律。分析了压力场和速度场的分离特征,显示了高效工作区,为进一步数值模拟打下了基础。     

管内插入旋流片的流动和传热的数值模拟

为了获得较好的传热性能,提出一种在缩放管内间隔插入旋流片的复合强化传热方法。采用水为流动介质,在湍流状态下,通过数值模拟,详细研究了缩放管内插入旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同。对缩放管插入不同结构旋流片的热阻性能与缩放管和光滑管进行了比较,模拟结果表明,在相同条件下,传热系数和阻力系数最大分别提高25%,120%,120%,370%。缩放管与旋流片的复合使用能有效地改善速度场和温度场的协同程度,是提高换热性能的一个有效手段。     

基于CFD的新型旋流快分系统模拟优化研究

某新建催化装置旋流快分系统内需设置粗旋分，故采用气固两相流模型对其进行CFD数值模拟研究，通过模拟得到VQS系统罩内环形空间气体流场分布情况以及颗粒浓度分布规律，考察VQS系统分离效率，并与常规VQS快分系统进行对比，确定该装置反应沉降器内VQS快分系统受粗旋布置的影响情况。模拟结果显示：VQS罩内粗旋的存在对VQS罩内旋流规律的影响很小，但是粗旋布置的位置会影响VQS系统的分离效率。对VQS罩内粗旋位置进行了优化，考察了三个不同工况，结果显示当粗旋料腿中心距离提升管中心2200～2600 mm时，VQS系统分离效率受粗旋的影响程度比较低，优选2200 mm。     

带涡流管的新型加氢流程数值研究

加氢站对车载高压气瓶充注之前,需先对高压氢进行预冷,以防加氢过程的气体升温带来的车载气瓶的结构性损伤。提出了一种基于涡流管预冷的新型加氢流程,该流程采用涡流管取代了传统的预冷装置。并采用计算流体力学的方法对加氢流程中的关键部件涡流管开展了数值计算。计算结果表明,高压加氢流程工况下的涡流管同样具有能量分离效应。且随着加氢过程的进行,涡流管出口背压提高,能量分离效应减弱,即冷端降温减缓。该过程恰好与气瓶充气增压过程升温减缓相吻合。数值计算结果初步证明了该流程的可行性。     

气-液旋流分离器流场数值模拟研究

为研究旋流分离器内部气体和液滴的运动情况和分离机理,用流体动力学软件Fluent对旋流分离器内部流场和液滴的运动状况进行了数值模拟研究,在模拟过程中,采用k-epsilon(2 eqn)方程来模拟气相旋流流动,采用Lagrange方法模拟液滴运动。模拟结果表明,旋流分离器内部流场呈旋转分布,分为内、外两个流场,在不同流动区域,气体压力场、速度场分布成规则变化;液滴的运动较为复杂,带有随机性;总体运动轨迹的形状与气相流场的分布趋于一致。     

催化裂化沉降器旋流快分系统内两种旋流头的性能对比

通过冷态对比实验,研究了旋流快分系统（VQS）内两种新型旋流头的分离性能,结果表明B型旋流头采用大弧切向出口后,对含尘气流具有加速旋转的作用,可使颗粒喷出后获得更高的切向速度,从而提高系统的分离效率。采用Fluent软件对VQS内气固两相流进行了数值模拟,重点考察了A、B型旋流头的流场分布和分离特性。模拟结果表明：含尘气流由B型旋流头喷出后,切向速度较大,离心力较强,增加了颗粒在稳定分离区内分离的概率;同时,含尘气流喷出后气量大部分集中在封闭罩内壁附近下行流动,下行轴向速度较大,有利于颗粒下行分离。此外,相比于A型旋流头,B型旋流头的分离优势在于可大大提高对中粗颗粒的捕集能力。因此工业应用中推荐采用B型旋流头,以更好地满足工业生产的需求。     

涡流管内流动与传热数值模拟

引言 涡流管具有结构简单、无运动部件、运行可靠、系统体积超小等特点,在有特殊要求冷却或制热需求的领域,有着极为广泛的应用前景[1].尽管涡流管结构极为简单,但是发生在涡流管内部的能量分离现象则极为复杂,至今仍没有一种精确的理论能够解释其能量分离机制.     

蜗壳式旋风分离器全空间三维时均流场的结构

采用激光多普勒测速系统（LDV）对蜗壳式旋风分离器全空间内三维湍流的时均流场进行了实验测定与分析,重点讨论了灰斗、环形空间和排气管的流场特点.分离空间内时均流场是外侧准自由涡与内侧准强制涡的典型结构.环形空间的入口部位有多个纵向二次涡,其他大部分空间顶部出现纵向二次环流,切向速度和径向速度的分布呈现非轴对称性,入口气量沿高度分布不均匀.灰斗的顶部也存在纵向二次环流.排气管内轴向速度分布与分离空间内的分布形态迥异.     

盐浴结构焦炉上升管换热器的传热特性

通过数值模拟及实际动态试验,研究了盐浴结构焦炉上升管换热器内的温度场和荒煤气流场,得到了换热器内温度和荒煤气速度的变化规律。研究结果表明,上升管换热器内荒煤气的流动处于层流入口段状态;沿上升管换热器径向,荒煤气温度在内筒壁及其扩展的直翅片附近迅速下降,在中心处的变化较小;直翅片的温度场呈现下部高、上部低、翅顶高、翅根低的趋势;整个炼焦周期内,上升管换热器的内筒壁温可控,可避免荒煤气中焦油蒸气的大量凝结。     

Numerical Investigation of a Ranque–Hilsch Vortex Tube using a Three-Equation Turbulence Model

The thermal separation flow characteristic in a vortex tube using a three-equation turbulence model is discussed in the present research. Flow behavior and energy separation of a vortex tube in different boundary conditions are investigated through a 3D model. The effect of the operating parameters on the turbulent viscosity ratio and the Mach number is also discussed. It was found that strong swirling flows with a high order of tangential velocity in the peripheral flow contributes to the rise in temperature due to viscous heating. Energy separation and cold-end side temperature depend mainly on the ratio of cold and hot-end side mass flow rates and the inlet conditions. Moreover, the effect of back pressure at cold-end side was investigated to determine how it alters the performance of the vortex tube. Finally, the results of the proposed computational fluid dynamics model are validated by the available experimental data.     

布气方式对油页岩干馏炉内温度分布的影响

为研发新型气体热载体干馏技术,自主搭建了气体热载体干馏炉试验台。对不同进气方式下的炉内温度分布进行了试验研究。通过采集干馏炉内温度数据,得到炉内沿半径方向和高度方向上温度分布。分析了中心管和边壁同时进气的特点,并与中心管单独进气时进行了对比,研究了联合进气时的温升特性。试验结果表明:中心管单独进气时靠近边壁处存在滞留层,温度较低,与炉内中心处温差较大。采用中心管联合边壁进气可以较大程度改善滞留层温度较低的问题。联合进气时,炉内沿高度方向上升温速率有所不同。试验结果将为进一步研发和改进油页岩气体热载体干馏炉布气方式提供参考和依据。     

Effect of a Stick on the Flow Field in a Cyclone and the Pressure Drop Reduction Mechanism

Measurements of the flow field in a cyclone separator with and without a reducing pressure drop stick (Repds) showed that the Repds reduces the peak tangential velocity, the axial velocity gradient, and the radial gradients of static and total pressure and reverses the axial static pressure gradient. These changes reduce the energy consumed by the rotating kinetic energy, the internal friction, the turbulent kinetic energy, and the drag of the negative pressure difference. The results are used to discuss why the separation efficiency remains high while the pressure drop is reduced. The results also show that a 24% "short flow" occurs near the cyclone entrance. Analysis of the changes in the flow field and the pressure drop due to the thin stick shows that the Repds increases the pressure drop in the outer vortex zone and reduces the pressure drop in the inner vortex zone. Therefore the pressure drop reduction with the Repds is due to its wake vortex, which leads to the hypothesis that the pressure drop in turbulent flow can be reduced by adding vortexes.     

排气管对旋风分离器轴向速度分布形态影响的数值模拟

采用数值模拟考察了排气管直径及结构对旋风分离器内轴向速度分布形态的影响。结果表明,改变排气管直径可使旋风分离器内轴向速度径向分布出现倒V形和M形两种不同的形态。排气管直径由小到大,轴向速度径向分布逐渐由倒V形转变为M形,轴向速度滞流最先产生于排气管内并不断向分离器下部空间扩展,排气管直径大到一定程度,轴向速度滞流甚至扩展至整个分离器空间。滞流区的径向范围亦随排气管直径的增大而增大;同时分离器中心轴向速度不断减小,滞流程度增加,甚至出现倒流。排气管下端扩口或缩口均可影响轴向速度的分布形态。上述轴向速度的分布形态与压力的轴向梯度相关,当排气管内能耗在总能耗中所占比例较小时,分离器中心压力的轴向梯度为正,从而使轴向速度产生滞流。     

水力旋流器湍流数值模拟及湍流结构

采用湍流代数应力模型对水力旋流器内湍流场进行了数值模拟,数值计算结果验证了实测数据。用数值计算与实验研究相结合的方法深入揭示了旋流器内的湍流结构,结果表明,旋流器内湍动能分布呈两边高中间低的不对称鞍形;湍动勇耗散率分布与湍动能的分布有十分相似的规律;溢流管端以下内旋流区域中湍流压力脉动强度以及压力相对脉动强度均很大。