双循环旋风分离器除尘机理的数值模拟

双循环旋风分离器通过将主进口设置在筒体中部,将顶部进气口设置为回流口,消除了进气口附近的二次流,避免了短路流,将大于3μm颗粒的分离效率提高至接近100%,并避免了少量11—15μm颗粒的短路逃逸。为了探索该设备的除尘机理,借助CFD软件,通过数值模拟研究的方式,辅助分析了2种进气口在分离性能上不同,传统旋风分离器不能完全分离3—8μm和11—15μm颗粒的机理,以及消除二次流的方法。计算结果表明:当回流气速低于主进气速时,会产生类似于顶端进气口的现象,即二次流、灰环和短路流,降低了小于6μm颗粒的分离效率。当回流气速略大于主进气速时,可以完全消除主进气口附近的二次流,使得所有粒径颗粒的分离效率都较高。模拟结果与实验结果从定性的角度符合较好。     

基于Muschelknautz模型的冷氢化旋风分离器计算

根据旋风分离器Muschelknautz模型,对SiCl_4冷氢化FBR内置旋风分离器进行了计算。并根据进气条件、颗粒特性和旋风分离器尺寸,对d_(50)和分级效率进行了计算,对不同进气量条件下旋风分离器的总压降和分离效率进行了分析。     

天然气净化用多管旋风分离器的分离性能

为了系统评价天然气净化用多管旋风分离器的分离性能,在线测量了入口气速6~24 m/s、入口颗粒浓度30~2000 mg/m3范围内多管旋风分离器的分离效率和分级效率. 结果表明,多管旋风分离器的分离效率和分级效率都随入口气速和入口颗粒浓度增大而提高. 与单管旋风分离器相比,在相同实验条件下,多管旋风分离器的分离效率下降2%~15%;单管旋风分离器基本能除净粒径大于10 mm的颗粒,而多管旋风分离器只能去除15 mm以上的颗粒. 多管旋风分离器的压降主要是内部单管旋风分离器的压降,占整个压降的80%~90%.     

高压下旋风分离器进行气液分离的模拟与优化

对大尺寸的工业级旋风分离器在高压下的气液分离过程进行了研究,运用数值模拟的方法研究了高压工况下旋风分离器内部流场分布。同时对结构进行改进,在旋风分离器内的不同位置设置多孔板以及在进气口位置设置挡板,比较结构改进前后分离性能的变化。模拟结果表明,对称入口有利于流场对称分布,在分离器内设置多孔板和进口挡板均能提高分离效率,综合改进后的旋风分离器在不增加分离器的压力损失前提下,能完全分离粒径大于5μm的液滴,对于小于5μm的液滴分离效率比传统分离器提高了24. 60%。     

输气站场多管旋风分离器流场分析

为了系统评价输气站场用多管导叶式旋风分离器的分离性能,模拟计算了入口速度7~27 m/s、颗粒密度1000~5000 kg/m3、颗粒浓度2.5~2500 g/m3、操作压力1~5 MPa条件下21管旋风分离器的分离效率和压降. 结果表明,多管旋风分离器的压降主要来自单管压降,约占整个压降的80%~90%,旋风子单独使用和并联使用时其流场分布规律相同,沿轴向对称分布,中心涡核处压力最低;分离效率和压降均随入口速度增大而增加,粒径为1~10 mm的固体颗粒分离效率从30.57%增加到63.86%,压降从9053 Pa增加到116864 Pa,在入口速度7~27 m/s范围内基本能除尽粒径大于6 mm的颗粒;随颗粒密度增加,分离效率增大,压降几乎不变;操作压力增大分离效率降低,而压降略增加. 各单管间进气量波动均不超过5%.     

旋风分离器结构优化实验研究

为了在降低旋风分离器压降的同时维持较高的分离效率,设计了一种新型旋风分离器。采用弧形导流板分隔进气的入口结构、渐扩型排气的出口结构、加长型的筒体和锥体的结构,有锥顶过渡段的灰斗结构,并匹配了合理的尺寸。为了验证新型分离器的性能,将新型结构的旋风分离器与基准PV型分离器进行了并联对比实验。以空气为实验介质,实验粉料为滑石粉,在入口气速为14. 2～21. 2 m/s、入口含尘浓度为0. 01 kg/m~3时,同时测量了新型分离器与PV型分离器的效率和压降。对比实验结果表明,相对于基准PV型分离器,新型旋风分离器的平均压降降低了21. 91%,且分离效率基本保持不变。     

双循环旋风分离器阻力性能的实验研究

双循环旋风分离器通过将主进气口设于简体中部,将顶部进气口设为回流口,消除了传统旋风分离器顶部进气口存在的二次流和短路流,进而使大于3μm颗粒的分离效率接近100%.基于工程设计理论的需求,研究了该新设备的阻力性能.利用直径为0.250 m的实验设备,测定了其压降与进口气速的关系,考察了不同结构和操作条件对其阻力性能的影...     

旋风分离器防磨减阻性能机理研究

为了提高旋风分离器的防磨减阻性能,运用计算流体动力学方法研究了常规和防磨减阻旋风分离器的防磨减阻机理。结果表明:常规旋风分离器容易发生严重的局部冲蚀,而防磨减阻旋风分离器冲蚀磨损区域较为均匀。在同一粒径下,防磨减阻旋风分离器的壁面冲蚀磨损远小于常规旋风分离器。两者的壁面冲蚀磨损速率随粒径增大而逐渐增大,当粒径大于15μm时,冲蚀磨损速率变化不大。两者的压降损失随着入口速度的增加而增大,当入口速度为15 m/s时,防磨减阻旋风分离器的压降为297 Pa远小于常规旋风分离器的821 Pa。防磨减阻板不会改变旋风分离器的流场特性,分离小粒径颗粒效率略小于常规旋风分离器,但粒径大于5μm时,防磨减阻旋风分离器具有很高的分离效率。     

不同数量并联微旋风分离器分离性能影响研究

为了考察不同并联旋风分离器的分离性能,运用计算流体力学(CFD)软件对由不同数量、直径为30mm的微旋风元件构成的并联分离器性能特征进行了数值研究。结果表明,当微旋风元件入口气速一致时,增加微旋风元件数量,虽然各并联分离器对5μm以下、中位粒径3.5μm颗粒的总分离效率基本相同,但对3μm以下颗粒的分级效率有所下降;组合分离器灰斗中排尘管间间距减小,微旋风元件内切向速度分布几乎不变,中心轴向速度下降,排尘管尾端气流更加紊乱;随着微旋风元件数量增加,各组合分离器微旋风元件排尘管段旋流稳定性系数S_v沿轴向逐渐增大,微旋风元件内旋流稳定性变差。     

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。     

基于防磨结构的旋风分离器性能优化

基于气固两相流和冲蚀理论对常规Stairmand旋风分离器和防磨型旋风分离器冲蚀规律进行了研究. 结果表明,对常规旋风分离器,其壁面冲蚀磨损速率从筒体顶端向下逐渐减小,在筒体L1/H1=0.8以下区域,磨损速率基本保持不变;在L1/H1=0.8以上区域,冲蚀磨损呈增大趋势,最大为2.3′10-6 kg/(m2×s);在锥体L2/H2=0.35以下区域,冲蚀速率逐渐减小;而在L2/H2=0.35以上区域呈逐渐增大趋势,在锥体顶端达最大值2.0′10-7 kg/(m2×s). 对防磨型旋风分离器,在筒体L1/H1=0.8以上区域,壁面最大冲蚀速率为0.5′10-6 kg/(m2×s),远小于常规旋风分离器. 在锥体从锥底向上冲蚀速率逐渐减小,在锥体顶端为0.4′10-7 kg/(m2×s),小于常规旋风分离器. 在小粒径范围内,分离效率随粒径增加而基本呈线性递增趋势. 粒径大于4 mm时,防磨型旋风分离器具有较高的分离效率. 压降随防磨板高度增加逐渐减小. A3型防磨分离器压降为360 Pa,小于常规分离器压降550 Pa. 为了降低旋风分离器壁面的冲蚀磨损,减少出口压降损失,粒径大于4 mm时,可选择最合理的B1型防磨分离器提高旋风分离器的防磨性能,从而延长使用寿命.     

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。     

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.     

基于响应曲面法的旋风分离器结构优化

为了优化旋风分离器的分离效率和能量损耗,确定影响旋风分离器性能的主要结构参数,采用响应曲面模型和CFD数值模拟,以排尘口直径(Dd)、排气口直径(De)、入口速度(V)为设计变量,以压降和总分离效率为目标函数,进行三因素的优化设计分析。研究结果表明,排尘口直径对压降和分离效率影响不大,排气口直径与速度对压降和分离效率影响显著,且排气口直径与速度的交互作用明显。针对本次0.5～10μm的颗粒群,推荐最优参数组合是De/D=0.35、Dd/D=0.37、V=12 m/s。与实验的结构相比,在相近的分离效率情况下,压降降低了一半,有效地减少了能耗。表明所建立的响应曲面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系,基于响应曲面模型的优化设计方法可以有效用于旋风分离器的结构优化。同时不同的粒径要求可以采用不同的结构进行除尘,在达到分离要求的前提下,采用最小压降的结构,本次研究为分离0.5～10μm粒径的结构提供有利的依据。     

基于响应曲面法的旋风分离器结构优化

为了优化旋风分离器的分离效率和能量损耗,确定影响旋风分离器性能的主要结构参数,采用响应曲面模型和CFD数值模拟,以排尘口直径（D_d）、排气口直径（D_e）、入口速度（V）为设计变量,以压降和总分离效率为目标函数,进行三因素的优化设计分析。研究结果表明,排尘口直径对压降和分离效率影响不大,排气口直径与速度对压降和分离效率影响显著,且排气口直径与速度的交互作用明显。针对本次0.5～10 μm的颗粒群,推荐最优参数组合是D_e/D=0.35、D_d/D=0.37、V=12 m/s。与实验的结构相比,在相近的分离效率情况下,压降降低了一半,有效地减少了能耗。表明所建立的响应曲面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系,基于响应曲面模型的优化设计方法可以有效用于旋风分离器的结构优化。同时不同的粒径要求可以采用不同的结构进行除尘,在达到分离要求的前提下,采用最小压降的结构,本次研究为分离0.5～10 μm粒径的结构提供有利的依据。     

基于OpenFOAM模拟二次风对旋风分离器性能的影响

基于开源软件OpenFOAM建立旋风分离器气固两相流数值计算模型,考察了二次风对旋风分离器性能的影响,比较了模拟结果与实验数据.结果表明,模拟结果与实验数据吻合度较好,压降和效率平均误差分别为9.89%和1.33%,模型可靠;二次风可有效削减二次流,减少上灰环和短路流,提高分离效率;二次风风速增加,旋风分离器的分级效率增加但增加速率逐渐降低.旋风分离器压降随二次风风速增加而增加,二次风入口速度达到15,25和30 m/s时,旋风分离器压降分别达到无二次风时压降的2,3和4倍,引入二次风同时应综合考虑能耗和效率.     

分离层数对多层分离结构旋风分离器性能的影响

为提高旋风式油气分离器在变工况下的分离效率,提出了多层分离结构的旋风分离器,对该结构的分离性能进行了数值模拟和实验研究。在入口气速较大时(12～13 m?s?1),三种不同分离结构的旋风分离器分离效率基本相同,但对于出口处直径为2～5μm的小油滴数量,具有三层分离结构的旋风分离器的比单层分离结构的旋风分离器减少了77.2%～51.0%;在入口气速较小时(7～8m?s?1),具有三层分离结构的旋风分离器分离效率比单层分离结构的旋风分离器提高约24.1%。在所有测试工况下,三层分离结构的旋风分离器的压力损失比单层分离结构的旋风分离器降低了35%～45%。上述研究结果表明,三层分离结构的旋风分离器压力损失小,低负荷时分离效率高,高负荷时对较小油滴分离效果好,即三层分离结构的旋风分离器在变工况时均保持较高的分离性能。     

SLK分离器数值模拟及实验研究

为了改进旋风分离器的分级除尘效率和压力损失等性能指标,对SLK高效低阻分离器的分离过程进行分析,并采用FLUENT软件对旋风分离器的结构参数和操作参数进行数值模拟。通过分析分离器内轴向速度、切向速度与不同颗粒运动轨迹的关系,得到了分离器的关键尺寸和压力控制参数。设计试制了SLK旋风分离器样机并进行了测试分析。该分离器能获得较高的分离效率,并且压力损失比同型号分离器小100～400 Pa,可以作为中、小型水泥厂或其它行业的除尘设备使用。     

多效旋风分离器性能的实验研究

多效旋风分离器通过采用2级螺旋管预分离含尘气体、螺旋形顶盖板导流、筒体中心稳流锥稳流和吸气回流系统防止粉尘返混等措施,解决了在旋风流场中分离微米及亚微米级颗粒的难题。文中通过实验研究了直径为0.25 m的多效旋风分离器的压降、分离效率和进口风速的关系,实验物料粒径范围为0.1—23μm,平均粒径为7.59μm。结果表明:在10—14 m/s入口风速时,对0.1—3μm颗粒的分离效率大于90%,对大于5μm颗粒的分离效率接近100%,压降在500—1 000 Pa。风速大于16 m/s时,对0.1—2μm颗粒的分离效率大于75%。     

旋风分离器料腿漏风对压降影响的实验分析

以直径300 mm的旋风分离器为实验对象,考察了在不同入口速度下料腿漏风量对旋风分离器压降的影响,并以此为基础,分析了某现场催化裂化装置旋风分离器压降出现的不稳定波动现象。实验结果表明,旋风分离器下部料腿是一个负压差立管,外部的压力大于料腿内的压力,易产生漏风,从而导致旋风分离器的压降降低。旋风分离器的压降随漏风量增大而降低,入口速度越低漏风量影响的作用就越明显。该旋风分离器的压降波动是由于不稳定的翼阀排料产生的漏风变化造成的。