径向入口结构的旋风分离器内三维流场的数值研究

采用雷诺应力模型(RSM)对径向入口结构的旋风分离器内气相流场进行了数值模拟。不同于传统的切向入口结构,径向入口设计使得新型旋风分离器在保证较高分离效率的同时更能适应高压下的作业,且降低了工程焊接难度。通过模拟结果与实验值的对比发现,RSM模型能很好地预测新型旋风分离器内部气相流场,且模拟结果表明:旋风分离器内部流场呈现非轴对称性,主要表现为沿轴向气流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合,且在分离空间内各轴截面出现具有周期性的摆动涡核。分离空间内切向速度场以0.8倍升气管直径为边界,呈现自由涡与强制涡结合的兰金涡形式,随着入口角度和升气管直径比(dr=dr/D)的减小,切向速度增大,内外旋流区也随之变化。此外,升气管内切向速度呈"U"形分布,由于速度分布中心不断发生变化,亦存在摆动涡核且摆动频率较分离空间的大。     

催化裂化沉降器顶部旋风分离器升气管外壁结焦的原因分析

本文在催化裂化沉降器升气管外壁颗粒沉积实验的基础上,结合气相流场数值模拟的结果,分析了升气管外近壁气相流场的分布特点和颗粒所受径向力的分布特点.结果表明对应工业旋风分离器结焦区域为边界层增厚区,非结焦区域对应边界层分离区.对应工业旋风分离器结焦区域,气体、颗粒径向速度均朝内;对应非结焦区域,气体、颗粒径向速度均朝外.在此基础上分析了结焦的原因.     

升气管插入深度对旋风分离器流场影响的数值模拟

基于计算流体动力学（Computationalfluiddynamic,CFD）的数值模拟方法,在FLUENT软件平台上,应用大涡（LES）模型模拟了升气管插人深度对旋风分离内部流场的影响。计算结果表明,升气管的插入深度对旋风分离器的流场有很大的影响,随着插入深度的增加,切向速度会减小。本次模拟中还出现了旋涡端部的现象,且随着升气管插入深度的增加,旋涡端部的位置也随着下降,这能够增大分离空间,有利于分离。     

高温条件下旋风分离器内气相流场的数值模拟

通过FLUENT 6.1流体计算软件,采用改进的各向异性的RSM模型,对直径300 mm的蜗壳式旋风分离器,在入口气速20 m/s条件下,对293~1273 K的气相流场进行了数值模拟. 模拟结果与实验数据吻合较好,表明温度变化对旋风分离器的流场有较大影响,尤其是对切向速度影响很大. 旋风分离器内气相流场的切向速度随温度的升高而降低,同时强制涡区扩大,沿轴向的衰减增大,两者的关系式为 . 当温度超过1000 K,切向速度降低幅度趋于减小. 由于温度升高导致气流的旋转强度下降而使下行的轴向速度略有降低,上行的轴向速度略有升高. 温度变化引起气体粘度和切向速度的变化而影响旋风分离器的分离性能,当温度达到1273 K时,气体粘度增大使切割粒径dp50T增加1.58倍,而切向速度降低使切割粒径dp50T增加1.23倍,切向速度与气体粘度的作用是同等重要的.     

升气管插入深度对旋风分离器内部流场影响的数值模拟

针对旋风分离器内部复杂的三维强湍流,在仿真过程中,采用雷诺应力模型(RSM),利用贴体网格技术,模拟得到不同升气管插入深度时的旋风分离器内的切向速度分布、轴向速度分布和进出口压降。结果表明,当升气管插入深度减小时,会使总压力损失有所降低,但有一部分气流将从入口直接进入升气管形成短路,使旋风分离器的分离性能下降;对于特定的旋风分离器,升气管插入深度存在最优值,可保证较高的分离效率和较低的压降。     

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。     

旋风分离器出口边界条件对其流场模拟的影响

研究比较了不同的出口边界条件对旋风分离器内流场CFD模拟结果的影响.模拟结果同LDV试验测量值的对比表明:采用充分发展出口边界条件进行模拟所得的流场在旋风分离器的升气管、内旋流部分与LDV测量结果相比存在一定的误差,而压力出口边界条件模拟的流场更接近于LDV测量值.因此,进行旋风分离器流场模拟时,应用压力出口边界条件得到的计算结果更为精确.     

一种新型气固分离器内气相流场的数值模拟

针对催化裂化原料日益重质化的趋势,提出了一种后置烧焦管式组合再生工艺. 后置烧焦管出口的气固分离装置是实现这种工艺的关键设备之一. 为此,设计了一种基于离心与惯性分离原理相结合的新型气固分离器.为了详细研究该分离器,结合流场实验结果,采用数值模拟方法对该分离器内的气相流场进行了数值模拟,数学模型为标准湍流模型.模拟结果给出了分离器内的流场总体特征为:气流以切向速度为主,竖直向上进入分离器的气体绕排气管做旋转运动,先后由排气管上的窄缝排出,部分气体由排气管下方空间返回入口区;拱形分离空间内切向气速随径向位置的增加而减小.排气管上的开缝形式是分离器压降增加的主要因素.将排气管上的两条窄缝改成总面积与排气管内截面积相等的均匀切向窄缝,避免了管内旋流涡核的偏心,分离器压降明显降低.     

旋风分离器内气相流场的相似模化分析（Ⅱ）尺寸参数

基于数值模拟方法分析了几何相似旋风分离器在直径尺寸变化时的气相流场的模化特性。旋风分离器的直径变化范围为100～2100 mm，重点考察流场量纲1速度分布的相似性、尺寸参数的自模特性。模拟结果表明，旋风分离器的直径尺寸变化后，流场的形态结构不变，但量纲1切向速度分布存在一定变化，流场不具有严格的自模性。但随直径尺寸的增大，旋风分离器内流场由弱自模性向强自模性发展，当直径超过2000 mm后，流场量纲1速度基本保持相似与恒定，Euler数与Reynolds数不相关，流场处于强自模区。流场的这种自模特性反映了流场的惯性阻力损失和黏性摩擦损失之间的比例关系和大小变化。随着直径尺寸的增大，黏性摩擦损失系数减小，惯性阻力损失系数增大，但Euler数是减小的。当达到很大的直径时，Euler数恒定，Euler数与Reynolds数不相关，流场进入自模区，流场流态保持相似性。     

排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟

用雷诺应力湍流模型（RSM）模拟研究旋风分离器排气管尺寸对旋风分离器流场的影响.结果表明：单入口旋风分离器的非轴对称性在环区更明显;在排气管壁存在滞流区,排气管尺寸减小,该滞流区变薄;在分离区,De/D≥0.4时,旋风分离器的中心位置存在向下旋流,该旋流造成一定返混,对提高旋风分离器效率不利;随着De/D的减小,内旋流切向速度提高,中心处的向下旋流速度减小,总压降大幅提高;当De/D=0.3时,中心处向下旋流消失,提高了分离效率.     

FCC沉降器粗旋工作性能的数值模拟

引言 催化裂化工艺(fluidized catalytic cracking, FCC)是目前我国重质油轻质化加工的主要方法之一.重质油裂化反应过程主要在提升管反应器内完成,提升管出口通常设置旋风分离器(简称粗旋)将反应后油气与催化剂快速分离,以避免发生过裂化反应.粗旋工作性能的优劣直接影响装置目的产物的收率、沉降器内部结焦以及油浆固含量.     

微型流化床反应器液相冷态进样停留时间分布模拟与实验

为了得出气、液相流量变化对微型流化床反应器液相停留时间的影响规律,借助Fluent软件对反应器内部流场进行数值模拟,得到其速度、压力分布特性和反应器出口液相浓度的变化曲线。采用示踪剂侧面脉冲进样法,实验测定了反应器中液相的停留时间分布。结果表明,气相流量和液相流量均对液相停留时间有明显的影响,气、液相流量为4¹0L/h时,液相平均停留时间可以控制在1.1110L/h时,液相平均停留时间可以控制在1.11¹.89s;气、液相流量的增加均会导致液相停留时间的减少,但气相流量对停留时间的影响要大于液相流量对液相停留时间的影响。数值模拟与实验数据对比分析发现二者结果吻合良好,模型可用。     

电容层析成像技术在分离器料腿浓度测量中的应用

Accurate solid concentration measurement plays a key role in the process industry. Measurements analyzed offline can be used to estimate process efficiencies, to identify problems in a flow, and to validate computational models. Online measurements can be used for active control. Electrical capacitance tomography (ECT) is a unique measuring technique with great potential in multiphase flow measurement. Experimental studies are carried out on a solid concentration measurement in a cyclone separator dipleg, using ECT. In this experiment eight electrodes are selected for the ECT sensor that is placed on the straight tube of the dipleg. The fluctuating characteristics according to the screw feeder and the effect of the airflow rate from the top of the cyclone are analyzed. The feasibility and reliability of the method are verified by the experimental results.     

Gas flow behavior and residence time distribution in a FCC disengager vessel with different coupling configurations between two-stage separators

To deeply understand the effect of coupled configuration between two-stage separators on the gas flow behavior in fluid catalytic cracking disengager space, the gas flow field and residence time distribution in a bench-scale disengager is numerically studied on the platform of the commercial computational fluid dynamics software package, Fluent 6.1. Two conventionally used coupling configurations in refineries and a newly-designed configuration are investigated. The Reynolds stress model is applied to simulate the gas flow field and the results agree well with the experimental values measured by a smart five-hole probe. Coupled with the Reynolds stress model, a scalar transport equation is used to obtain the gas residence time distribution. It is shown that the coupling configuration between the primary and secondary cyclones has an apparent effect on the gas flow behavior. The newly-designed configuration is better to quickly discharge the gas into the secondary cyclone inlet with a maximum residence time of 0.38 s, compared to 7.72 s and 2.79 s for the two conventional configurations. The simulation results indicated that the appropriate modification of the coupling configuration can help to improve the gas flow. The knowledge of the gas flow field also help to understand the coke formation process in the disengager space.     

旋风分离器排气管内流动分析及减阻机理

利用激光多普勒测速仪(LDV)对旋风分离器排气管内流场进行了全面系统的测量,发现气流的高速旋转、回流区的存在及湍流脉动是排气管内产生流动阻力损失的重要原因. 安装减阻杆改变了排气管内流场分布规律,使旋转动能降低、回流区消失以及湍流脉动减弱,从而降低了排气管内流动阻力损失. 减阻杆迎风截面宽度越大,绕流边缘越尖锐,排气管内切向速度就越小,轴向速度分布越均匀,分离器的减阻幅度也越大.     

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.     

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。     

高浓度电除尘器入口封头气固两相流动的近流线数值模拟

利用近流线数值模拟方法,采用与大型高浓度电除尘器入口封头原型完全相同的1∶1的几何模型,详细真实地模拟了入口封头及其内部具有复杂结构的预除尘角钢和两层开孔达数万个的气流分布板.采用可实现性k-ε模型和随机颗粒轨道模型,对其气固两相流动进行了数值计算,得出了气相速度分布、颗粒浓度分布和流动阻力分布特性.计算结果与工业性试验数据进行了比较,两者吻合较好,提出并证明了利用近流线数值模拟方法可以详细真实地模拟高浓度电除尘器入口封头内部结构及其气固两相流动.计算和试验结果均表明,所研究的高浓度电除尘器入口封头,其出口处气流分布为中间区域偏低,四周区域偏高;其预除尘效率约为27.6%左右,其流动阻力高达766Pa.     

蜗壳式旋风分离器内气相流场非轴对称特性分析

采用Fluent软件对蜗壳式旋风分离器内气相流场进行了数值模拟,并在此基础上对流场的非轴对称特性进行了机理分析。蜗壳式旋风分离器入口结构的非轴对称以及气相旋流的不稳定性造成了气流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合,从而导致了气相流场三维速度的非轴对称分布以及速度分量由于基准不同而产生的大小和方向变化。环形空间流场的非轴对称性主要是非轴对称入口结构影响的结果,分离空间流场的非轴对称性主要是旋流的不稳定性造成的。根据Rayleigh准则,旋风分离器内旋流流场的不稳定性是固有的,提高流场的旋流数可使流场的不稳定性降低,流场的非轴对称性降低。入口速度的变化不影响旋流数,也不影响流场的非轴对称性,但增加入口截面积比或减小量纲1升气管内径均可提高流场的旋流数,使流场的非轴对称性降低。旋风分离器的非轴对称性可以用角动量参量来描述。     

分布器结构对环流反应器气含率分布的影响

采用κ-ε二方程模型和欧拉多相流模型,对一种单筒单级气升式气液环流反应器内的湍流气液两相流进行了全尺寸的数值模拟研究,考察了采用3种不同气体分布器时反应器内气含率和流速分布的细节.模拟结果表明不同结构的分布器对总体气含率和内筒中的两相速度分布有很大影响,因而对气含率分布和气液两相接触效果有较大影响,从而对反应过程产生影响.单环分布器产生的气液两相接触效果较差,对于反应过程很不利.对于大直径的环流反应器推荐使用多环分布器.计算所得的整体气含率与实测的整体气含率进行了对比,吻合较好.