采用Adomian逆算符方法对环流循环除尘系统分离柱内旋风流场的分析

由柱坐标系下的Navier-Stokes方程出发,建立了环流循环除尘系统分离柱内旋风流场的数学模型,利用对求解非线性微分方程非常有效的Adomian分解法——逆算符方法对流场进行求解,给出了三维流速(径向、切向和轴向)的解析表达式。     

环流循环除尘系统中的流场优化

对环流循环除尘系统中的流场进行了优化。以分子筛-空气为实验物系,测定了加旋流板前后的环流循环除尘系统的除尘效率和压降。结果表明,加旋流板后环流循环除尘系统的除尘效率显著提高。在入口气速低于23m·s-1时旋风除尘系统的压降稍有增加,而在入口气速大于23m·s-1时旋风除尘系统的压降则略有下降。     

环流循环除尘系统的流场与性能

开发了环流循环除尘系统,建立了该系统分离柱内速度场模型,并结合大涡模拟对分离柱内的切向速度及静压分布进行模拟.测定了环流循环除尘系统分离柱内的静压场分布和流速场分布,并以分子筛-空气为实验物系测定除尘效率和压降.结果表明,流速场分布与模拟结果基本吻合.环流循环除尘系统的除尘效率接近布袋和静电除尘的水平,可用于除去工业窑炉烟气中的亚微米粉尘;压降仅比常规型除尘器的单台压降高60%左右.     

环流循环除尘系统的开发(Ⅰ)除尘系统的性能

针对亚微米粉尘的除尘开发出了环流循环除尘系统.实验测试了环流循环除尘系统、环流式旋风除尘器、常规型除尘器的效率和压降.结果表明,环流循环除尘系统对分子筛的除尘效率达到了97%以上,分割直径d50为0.33～0.65μm,明显地高于B型和环流式旋风除尘器,压降小于3000Pa,只比B型旋风除尘器的单台压降高60%左右.     

大型环流式旋风除尘器流场模拟

采用CFD模拟软件Fluent6．2提供的雷诺应力模型（RSM）对大型环流式旋风除尘器内的流场进行了数值模拟研究。结果表明：大型环流式旋风除尘器避免了顶部灰环,降低了设备的压降。但由于放大效应,内部流场出现局部涡,造成除尘效率降低,通过对顶部、灰仓等部位改进后,局部涡明显减少,除尘效率提高3％～6％。     

环流式旋风除尘器的工业应用

本研究工作在实验室研究的基础上 ,对环流式旋风除尘器进行工业放大 ,并对工业环流式旋风除尘器的分离效果和压降进行了测试。工业应用表明 ,环流式旋风除尘器处理量大 ,操作稳定 ,放大效应小 ;工业环流式旋风除尘器与常规型旋风除尘器相比 ,用于合成氨造气和复合肥车间干燥窑炉除尘的效率提高了 15 % ,压降降低了 4 0 %左右     

环流式旋风除尘器内颗粒运动的数值模拟

采用CFD软件Fluent提供的雷诺应力模型（RSM）和随机轨道模型,对环流式旋风除尘器内颗粒运动轨迹进行了数值模拟研究。预测了不同粒径颗粒的运动轨迹和分离效率。结果表明：颗粒在环流式旋风除尘器内的运动路径比常规除尘器长;特殊的流路设计,避免了常规旋风除尘器易产生的上灰环和颗粒短路问题,使除尘效率大幅度提高;除尘器内颗粒运动有较强的随机性,尤其对于小颗粒,受气流湍动影响显著。对不同粒径颗粒分离效率的预测表明：环流式旋风除尘器的分割粒径为1．25μm。     

环流式旋风除尘器在合成氨造气系统中的应用

本研究工作测试了环流式旋风除尘器的分离效率和压降。结果表明，环流式旋风除尘器处理量大，操作稳定，放大效应小；工业环流旋风除尘器与常规型旋风除尘器相比，用于合成氨造气系统除尘的效率提高了15％，压降降低了40％左右。     

去除亚微米粉尘的旋风除尘系统开发

本文开发出了亚微米粉尘的旋风除尘系统——环流循环除尘系统。并通过实验测试了该除尘系统的性能。结果表明 ,亚微米粉尘的旋风除尘系统的分割直径 d50 达到了 0 .5 μm～ 0 .7μm,压降小于 35 0 0 Pa,只比常规旋风除尘器的单台压降略高。该工艺系统可使半密闭和开放式电石炉气达到环保排放标准 ,亦能保证密闭电石炉除尘的需要 ,且可用于水泥立窑、锅炉等窑炉除尘     

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.     

环流式旋风除尘器内流场的数值模拟

采用 CFD 模拟软件 Fluent 6.2 提供的雷诺应力模型(RSM)对环流式旋风除尘器内的流场进行了数值模拟研究.并与热线热膜风速仪实验测试结果进行了比较.模拟结果与实验结果基本吻合.结果表明:环流式旋风除尘器特殊的流路设计,避免了内外旋涡的相互干扰,增强了旋转速度,规整了流形,减小了强湍流对性能的影响,消除了旋风除尘器易产生的短路流和二次返混,提高了除尘效率,降低了设备的压降.通过对影响除尘器性能的局部涡进行分析,为进一步优化结构提供了参考依据.     

旋风流场的导流与整流

针对环流式旋风除尘器分离区内存在影响分离效率的涡流与非理想流动情况,提出在旋风除尘器内增设导流件以改进其性能,利用CFD大型流体模拟软件F luent6.2提供的雷诺应力模型(RSM)进行了数值模拟研究,优化了导流件结构,并进行了实验验证。模拟结果表明:增设导流件后,环流式旋风除尘器一次分离区内气流旋转更加规整,气流旋转圈数增加,流体的切向速度增大,有利于粉尘分离。实验结果证明:添加导流件后,除尘器分离效率由94%左右提高至96%左右,设备压降略有增加。     

环流式旋风分离器旋进涡核的数值分析

采用雷诺应力模型对环流式旋风除尘器中三维非稳态流场进行了数值模拟计算.分析了环流式旋风分离器中旋进涡核的频率及幅值沿径向和轴向的变化规律.比较了环流式旋风分离器与 DⅢ型旋风分离器中旋进涡核的特征参数.结果表明:环流式旋风分离器与 DⅢ型旋风分离器相比,环流式旋风分离器中的旋进涡核平均波动频率降低了58%,最大波动幅值减少26%.     

旋风分离器有无灰斗对气相流场动态特性的影响

旋风分离器底端的排尘口依据气固分离工艺的要求分别采用有灰斗或无灰斗结构。但灰斗是否存在对旋风分离器内部流场影响的研究尚显不足。为此，采用热线风速仪对排尘口有灰斗和无灰斗的旋风分离器气相流场的切向速度进行了测量。结果表明旋风分离器内旋转流具有较强的不稳定性，表现为瞬时切向的速度低频高幅值波动变化。灰斗的存在进一步导致了排尘口附近瞬时切向速度的强烈波动。通过对瞬时切向速度的频谱分析表明，有灰斗结构的旋风分离器瞬时切向速度有2个主频，分别是存在于整个空间的全空间主频和出现在锥体下端排尘口附近区域的局部主频。无灰斗结构的旋风分离器仅有1个全空间主频。全空间主频是气体旋流中心围绕旋风分离器几何中心摆动造成的，而局部主频是灰斗气体回流造成的。灰斗气体回流主频与全空间旋转流摆动的主频叠加形成了锥体下端排尘口附近区域瞬时切向速度的2个主频。     

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。     

天然气脱蜡旋风分离器分离效率的模拟

旋风分离器分离效率高,不易堵塞,用于天然气脱蜡效果显著。通过CFD软件Fluent模拟CYG-S型天然气脱蜡旋风分离器的两相流场,得到了旋风分离器内的压力、切向速度、轴向速度分布。对比了不同入口速度下的模拟与理论计算的分割粒径x50,发现具有很好的吻合度,两相模拟有一定的可靠性。结果表明：在旋风分离器锥段底部靠近壁面处的石蜡液滴质量浓度较高;随着进口流量的增加,旋风分离器分离效率提高,当进口流量为1000 m3/h时,x50可以达到5.3 μm;大粒径液滴的分离效果明显,但在所研究的进口流量范围内,进口流量的变化不能明显地影响粒径小于5 μm液滴的分离效率;柱段和锥段长度的增加使得旋风分离器的整体长度增加,延长了液滴在旋风分离器内的停留时间,提高了旋风分离器的分离效率。     

Effect of inlet particle arrangement on separating property of a cyclone separator

Different arrangements of particles on the inlet section exert different effects on the separation property of a cyclone separator. Sorting classifier with different heights was connected in series with a conventional cyclone, positive rotation cyclone, and reverse rotation cyclone respectively, to investigate the effect of particle arrangement on the separation property and inner flow field. Results indicate that the implementation of a sorting classifier increases the pressure drop and energy consumption of a cyclone separator. The taller the sorting classifier, the larger the flow is. The energy consumption in positive rotation cyclone is closer to that in reverse rotation cyclone. Meanwhile, the tangential velocity in inner flow field is higher and the separating property is enhanced. The reverse rotation cyclone relieves the fishhook effect, whereas the positive rotation cyclone eliminates such effect. The reverse and positive rotation cyclones demonstrate an improved separating property for particles smaller and greater than 1 μm, respectively. Moreover, the reverse rotation cyclone demonstrates superior overall separation, but the positive rotation cyclone demonstrates a greater classification effect than the reverse rotation cyclone.     

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。