旋风分离器灰斗结构的试验研究

用试验的方法研究了灰斗结构对PV型旋风分离器性能的影响规律,得出灰斗的最佳直径db在(0.7～0.75)D(D为分离器筒体直径)之间,其最佳高度h在(1.2～1.5)db之间,灰斗结构变化对分离器压降影响很小.     

基于CFD的旋风分离器的结构优化设计

应用计算流体力学软件FLUENT对旋风分离器进行三维气固两相流场的数值模拟。根据不同结构参数(排气管直径、排气管插入深度以及锥体和筒体的相对尺寸)的旋风分离器内部流场模拟结果,分析了不同参数对分离效率和压降的影响,得到旋风分离器的最优结构参数,并对最优结构参数的旋风分离器动、静压力和三维速度进行数值模拟和分析。     

叶片组结构对气液旋风分离器性能的影响

旋风分离器圆柱内的叶片组结构影响旋风分离器的速度场、压降及收集效率。利用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)分别对加入叶片组前后的旋风分离器模型进行了流场、压降及分离效率的计算分析。结果表明:加入叶片组结构后在叶片两侧轴向速度靠近中心侧增大和靠近壁面侧减小;对比发现溢流管口处的叶片直径为G=60,70,80 mm的叶片组,随着叶片直径G的增大,在中心区域准强制涡内切向速度增大,在自由涡内切向速度出现了大波动。     

基于回归正交试验的旋风分离器结构优化研究

针对旋风分离器多结构参数变化,选取影响旋风分离器性能较大的4个结构参数作为优化变量:圆柱体高度H/D、排气管直径d/D、排气管插入深度h/D、锥体高度He/D。以回归正交试验法为实验方案,做36组仿真模拟实验。采用湍流计算的雷诺应力模型(RSM)进行气固两相流场数值模拟,并用拉格朗日法追踪固体颗粒的运动轨迹;在此基础上分别建立了旋风分离器压降和分离效率对其结构参数的回归数学模型;根据回归数学模型针对结构参数对旋风分离器的压降和分离效率的影响程度进行了分析,得出影响压降的最主要因素是升气管直径(随着升气管直径增大压降显著减小)、影响分离效率的最主要因素是升气管直径和锥体段高度。     

锥体锥角变化对旋风分离器性能的影响

研究锥体锥角变化对旋风分离器流场和分离性能的影响,采用CFD数值模拟分析了旋风分离器对应于筒体长度与锥角角度变化的速度云图、压降值及切割粒径的变化情况。结果表明,随锥体段长度的增大,筒体段长度减小,a组和b组旋风分离器的切割粒径先增大后减小,压降先增大后减小,变化趋势都呈倒"V"形状,a2和b2的切割粒径比标准stairmand型分别降低了5.97%、6.72%。对应压降比标准stairmand型分别增大了13.7%、34.5%;旋风分离器a2和b2的切割粒径相对最小,其压降值最大。     

喷油压缩机用旋风式油气分离器筒体尺寸设计方法

针对喷油压缩机系统用旋风式油气分离器筒体尺寸(直径和高度)设计基本依赖实际经验,缺乏理论依据的问题,提出了一种结合数值模拟的理论设计方法。通过理论计算可以得出设计分离器筒体直径的方法——依据切向速度关系曲线,通过选取合适的筒体直径而使外旋涡的平均切向速度大于临界切向速度。考虑到直筒形与筒锥形旋风分离器存在差异,借助数值模拟方法对理论计算的切向速度和有效分离高度进行了修正。建立了旋风式油气分离器的三维非稳态数值模型,其中气相流场采用RSM湍流模型,油滴运动轨迹采用离散相模型。计算了适用于额定工况下容积流量为6 m3/min、排气压力为0.8MPa(a)的空压机系统油气旋风分离器筒体尺寸,并计算分析了容积流量改变时(50%～100%)对分离器筒体尺寸的影响。最后经过数值模拟验证,结果表明所设计的分离器可对粒径为5μm以上的油滴完全分离。本方法适用于喷油压缩机系统中旋风式油气分离器的设计工作,也可以为其他场合应用旋风分离器作为设计指导。     

旋风分离器不同排气管形状对性能影响研究

目前针对旋风分离器排气管的研究主要围绕排气圆管直径与内伸长度进行,而排气管内伸部分形状变化对分离器性能有着重要影响。在一个标准Stairmand型分离器基础上,建立了排气管圆管直径变化和圆管内伸部分进行"内缩型"及"内扩型"改变等3组共9个分离器模型,采用流体力学方法计算其分离效率和压降,讨论不同模型性能之间的关系:分离器分离效率会随着排气管圆管直径的减小而明显提高,但压降也随之大幅增加,提升分离效率和减小压降构成矛盾的优化目标;当排气管直径大于0.4D后,排气管内伸部分"内缩型"改变可以提高分离效率,而"内扩型"改变会小幅度降低分离效率却较大幅度减小了压降。这为不同优化目标(提高效率或降低压降)的旋风分离器排气管结构设计提供参考依据。     

基于Fluent的某型APU进气管道的流场数值分析

APU进气管道的流场特性研究是APU进气系统设计中的关键部分，针对某型民用飞机APU进气管道外形对APU进气系统性能的影响进行了研究，为了分析APU进气管道及进气风门对进气系统总压力、压力恢复、进气畸变的影响，以某型宽体客机的APU进气管道和进气风门为例，利用CATIA软件构建了三维模型并利用Design Modeler进行流体模型填充和前处理，然后把模型导入至Fluent软件中进行流场的仿真计算，仿真过程中简化了进气管道和飞机尾椎的模型，选取了合理的边界条件，分析不同工况条件下进气管道的气动性能，仿真结果表明所设计的进气管道能够较好满足APU进气系统的需求，确定出了最优的进气管道结构尺寸，为后续的产品设计提供理论支撑。     

不同结构参数下旋风分离器气相流场的数值研究

采用商用CFD软件FLUENT对直切式旋风分离器内气相流场进行了数值研究,计算值和五孔球探针的测量值吻合较好.在此基础上,研究了结构参数对气相流场的影响.结果表明,减小入口面积比KA、排气管直径比dr和排尘口直径比dc,均可使旋风分离器内的切向速度增大;但同时压降增大.CFD数值模拟方法可以很好地预测旋风分离器结构尺寸变化对内部流场的影响.     

排气管内置壁面厚度对旋风分离器性能的影响

针对旋风分离器的排气管内置壁面厚度对其流场和分离性能的影响。采用数值试验模拟分析了旋风分离器的对应于7组不同排气管内置壁面厚度下的速度云图、压降值、切割粒径以及速度矢量的变化情况。结果表明,随排气管内置壁面厚度的逐渐增大,其筒体段和锥体段的整体切向速度依次减小,在筒体段下半部分和锥体段,当内置壁面厚度大于等于0.1D时,中心位置存在二次涡流现象且对其分离效率会产生负影响;随排气管内置壁面厚度的增加,整体轴向速度基本依次增大;随排气管内置壁面厚度的增加,压降值依次减少,切割粒径先略微减少然后一直增大,壁面厚度为0.025D时,其分离效率为最优;随排气管壁面厚度的增加,在排气管内置壁面的正下方,逐渐形成涡旋,并且涡旋强度逐渐增大。忽略旋风分离器排气管内置壁面厚度变化,会造成性能预测和数值模拟上的偏差。     

高压天然气田用旋风分离器内流场的数值模拟

对高压天然气田旋风分离器的内流场进行三维稳态数值模拟。将不同压力下的旋风分离器的内部流场进行对比,结果表明,压力对旋风分离器的轴向速度和径向速度的影响很小,但是对切向速度影响较大。旋风分离器的压降随着压力的增大而增大,基本成线性关系。在高压条件下,排气管的直径和入口面积对旋风分离器内流场速度的影响是比较有规律的。     

切流式双入口气液旋流分离器内的流动分析

针对切流式双入口气液旋流分离器的内部流动特征,利用Fluent软件进行计算分析,重点对分离器内部流动状态及湍流度进行分析,并考察入口流速对主要分离空间流动参数的影响。结果表明,切流式气液分离器内主要分离空间呈明显的组合涡分布,并且轴向零速包络面呈明显柱形,但分离器入口处能耗较大,排气管入口附近紊流现象严重,当入口流速增大时尤为明显。计算结果对气液旋流分离器的结构优化与性能预测具有指导意义。     

Experimental research on cyclone performance at high temperature

To predict the influence of operating temperatures on cyclone performance, an experimental investigation was conducted on particle separation in a reverse flow, tangential volute-inlet cyclone separator with a diameter of 300 mm and with air heated up to 973 K. The test powder silica has a mass median diameter of 10 um, while inlet velocity range was 12–36 m/s. Both the separation efficiency and pressure drop of the cyclone were measured as a function of the inlet velocity and operating temperature. At the same inlet velocity, both the separation efficiency and pressure drop decrease with increasing temperature. In addition, optimum inlet velocity, at which the cyclone has its highest separation efficiency, tends to increase with a rise in temperature. An analysis on our own data and published results has shown that the fractional efficiency of a cyclone is a definite function of dimensionless numbers such as the Stokes number, the Reynolds number, the Froude number, dimensionless cyclone inlet area, and dimensionless outlet diameter. A nondimensional experimental correlation of the cyclone performance, including the influence of temperature, was obtained on the basis of our own previous work. The prediction of the influence of temperature on separation efficiencies and pressure drops is in fairly good agreement with experimental results. __________ Translated from Journal of China University of Petroleum, 2006, 30(3): 97–100, 105 [译自: 中国石油大学学报 (自然科学版)]     

反旋流对密封静力与动力特性影响的理论与试验研究

设计加工无/有反旋流共4种密封结构,从理论与实验两个方面研究反旋流对密封静力与动力特性的影响规律。建立反旋流密封静力特性CFD模型,理论分析反旋流对密封间隙流体切向速度、周向压力分布以及泄漏特性的影响;设计搭建反旋流密封动力特性试验台,试验测试无/有反旋流密封的泄漏特性,应用不平衡同频激励法试验研究反旋流对密封动力特性的影响。研究结果表明:反旋流可减小密封间隙流体的切向速度,进而降低密封间隙流体的周向压力差,且密封间隙流体周向压差随切向速度的减小而降低,这是反旋流抑制密封气流激振力的主要原因;密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;与无反旋流密封相比,反旋流密封增加了密封的泄漏量,且随着进出口压比的增加,两者泄漏量差异增大;密封的动力特性系数的随密封进出口压比与转速的增加而增大。在相同工况下,主刚度大于交叉刚度约一个数量级,主阻尼与交叉阻尼数量级相同,且主阻尼大于交叉阻尼;反旋流可有效降低密封的等效刚度,增加密封的等效阻尼,提高密封的稳定性。     

基于CFD的喷嘴结构对高压水射流反推特性的影响

喷嘴作为无人机新型射流反推弹射的重要元件,其结构参数对无人机弹射动态特性具有重要影响。以圆柱形、圆锥形和余弦形结构的喷嘴为研究对象,基于CFD建立不同结构喷嘴射流流动的数学模型,采用VOF多相流模型和k-ε湍流模型等对不同结构喷嘴射流流态进行数值模拟,获得不同结构喷嘴内外壁面的压力场、速度场分布,对比分析喷嘴结构特征和几何参数对高压水射流反推特性的影响规律。结果表明:相比圆柱形喷嘴,圆锥和余弦形喷嘴射流反推特性更好;当喷嘴入口压力由15 MPa增至30 MPa时,射流速度增幅有下降趋势,当入口压力为25 MPa时,余弦形喷嘴相比圆锥形喷嘴的射流反推力要高18.1%;喷嘴出口内径增大对射流速度影响不大,但会显著增加射流反推力,与圆锥形喷嘴相比,同直径的余弦形喷嘴的射流反推力要高约7.9%。     

污水除油旋流器内流场的CFD模拟

简要地介绍了液-液旋流分离器的工作原理、优点和应用.对旋流器进行几何建模,并对模型进行网格划分和定义边界条件.用计算流体力学CFD数值方法,并采用RSM模型对污水除油旋流器的流场进行了数值模拟.对液-液两相流场进行了研究,得出分离器内部的速度场、压力场、粒子轨迹分布和各相体积分数分布图.初步揭示了液-液两相分离的现象....     

组织工程骨支架内部微孔结构流场特性分析

组织工程骨支架内部微孔结构对于营养液的渗入和细胞的长入有着至关重要的影响,也直接关系到支架是否能够代替缺损部位的骨骼,继续发挥其作用与功能。根据骨骼内部微孔结构的扫描电镜形貌设计三种微孔单胞模型,并利用ADINA有限元分析软件对组织工程骨支架微孔单胞模型内营养液的流动性能进行了数值模拟,得到不同类型微孔单胞模型内部流场的压力和速度分布,分析模型参数对营养液平均入口压力和流速的影响规律。结果表明：当营养液从微孔单胞模型的上端流入到下端流出时,最大压力均出现在入口部位且靠近单胞模型壁面处,营养液流速变化趋势是先增大后减少,且最大流速均出现在入口附近。随着连通孔径的增大,平均入口压力值减少,营养液流速值更大,且分布更均匀。对于带孔板-杆单胞和带孔板单胞而言,与连通孔径D相比,中心孔径D_s对平均入口压力和流速的影响很小。通过对比不同类型单胞模型,发现开口杆状单胞模型的平均入口压力更稳定,压力值更小,处于（0.300~0.412）Pa,且营养液流速更大,分布更均匀,且最大流速处于（0.011 8~0.013 1）m/s,更有利于营养液快速均匀渗入和细胞均匀的沉积。所取得的研究结果对组织工程骨支架内部微孔结构的优化设计、后续仿形建模的研究及快速成型制造奠定了基础。     

微束流高速电弧喷涂枪的设计

针对普通电弧喷涂和高速电弧喷涂进气压力高、耗能大、噪音高和涂层金属氧化严重的不足,以及针对精细喷涂的要求,采用空气动力学理论模型分析、计算了进气压力、喷管喉部直径、扩张比等参数对喷管出口气流速度分布、气体流量等的影响,结果表明在可以实现气体高速流动的前提下,减小喉部尺寸和降低进气压力是降低压缩空气消耗量的有效途径。在此基础上初步设计了微束流高速电弧喷涂枪的结构。     

高输送气流速度下竖直管道内物料的运动分析

分析在稀相气力输送中,输送气流速度超出最佳经济速度时,物料在竖直管道中的运动情况,并提出一种在输送气流速度大于最佳经济速度时,增加气流速度以加快输送物料的解决方法。利用Fluent软件对其进行仿真模拟分析,并对不同入口气流速度对物料运动的影响进行研究分析。结果表明：在高输送气流速度下,物料在给定高度竖直管道中一直处于加速状态,且在入口处加速度较大,随着运动高度的增加,加速度逐渐减小;在物料粒径和管道内径不变时,改变入口处气流速度,物料的运动速度随着入口气流速度的增大而增大,同时管道内的压力损失也随着增大。     

An investigation of swirling flow in a cylindrical tube

An experimental study was performed for measuring velocity and turbulence intensity in a circular tube for Re=10,000, 15,000 and 20,000, with swirl and without swirling flow. The velocity fields were measured using PIV techniques and swirl motion was produced by a tangential inlet condition. Some preliminary measurements indicated that over the first 4 diameter, two regions of flow reversal were set up (the so called 2-cell structure). At the highest Reynolds numbers, the maximum values of the measured axial velocity components had moved toward the test tube wall and produce more flow reversal at the corner of the tube. As the Reynolds number increased, the turbulence intensity of swirling flow at the tube inlet also increased.