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。     

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。     

新型旋风分离器气相流场测试实验研究

针对高温高压的特殊情况提出了一种新型的旋风分离器,并用三维动态粒子分析仪PDA对不同结构参数和操作条件下的气相流场进行了测试,得出该旋风分离器内气相流场的整体特性———流场的切向速度分布在分离空间具有明显的对称性,任一截面上的分布分成内外2层旋流,外旋流是准自由涡,内旋流是准强制涡;同时分析了入口角度、排气管直径、高径比和入口气速等因素对其切向速度的影响规律,在此基础上依据实验数据关联出了计算内旋流直径和速度分布指数的公式。     

蜗壳式旋风分离器气相流场的非轴对称特性的模拟

采用Fluent软件提供的雷诺应力模型（RSM）对蜗壳式旋风分离器内气相流场进行了数值模拟,重点考察流场的非轴对称特性.模拟结果表明旋风分离器环形空间的流场呈现明显的非轴对称分布;筒体空间和锥体空间的流场也存在一定的非轴对称性.旋风分离器流场的非轴对称性是由于其入口结构不对称产生的,其主要特点是沿轴向气流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合,旋转中心偏离几何中心的距离和方位在不同的轴向位置而不同,最大约为0.07R.由于气流旋转中心偏离旋风分离器的几何中心,使参考几何中心的径向速度分布呈现明显的非轴对称性,一部分向内,一部分向外.     

旋风分离器气相旋转流流场动态特性的研究进展

旋风分离器的气相旋转流场对颗粒的分离过程有重要影响。本文指出实验测量和数值模拟表明这种流场具有很强的动态特性,表现为速度和压力随时间的低频高幅脉动变化。但以往的研究主要关注流场的稳态时均特性,缺少对流场动态特性的研究。旋风分离器内流场动态特性主要产生于旋转流的旋转中心围绕着几何中心作随机摆动,由此造成了流动参数的脉动和湍流强度的急剧增大,也导致了对时均流场中一些现象的分析不清晰。此外,由于各种气固分离模型没有考虑流场的动态效应造成了计算结果不够准确。文章指出目前这种流场动态特性主要是实验测量分析,数值模拟方法尚难以准确描述,还需在计算模型上改进。开展流场动态特性的研究对开发高效低阻旋风分离器和改进其分离性能是非常必要的。     

蜗壳式旋风分离器气相流场的数值模拟

采用FLUENT软件提供的RSM模型对蜗壳式旋风分离器内气相流场进行数值模拟,并与用五孔球探针测试的流场进行比较.结果表明,当设置合适的边界条件,RSM模型对蜗壳式旋风分离器的压力分布和速度分布有着良好的预测精度.对比实验和模拟的结果分析,蜗壳式旋风分离器内部存在二次涡现象,并分析研究进口区域附近流场的非轴对称性.     

CFB用旋风分离器内气相流场的数值研究

采用RSM非稳态湍流模型对循环流化床锅炉用旋风分离器内气相流场进行了数值模拟。计算值与实验值比较吻合。数值计算的结果表明:排气管下口存在明显的短路流,排尘口附近存在明显的返混现象;排气管直径增加,分离空间切向速度值降低,上行流轴向速度减小。用CFD方法计算的旋风分离器内流场可为高效CFB锅炉用旋风分离器的设计提供参考依据。     

RSM与LES模拟旋风分离器流场动态特性的对比分析

为评价雷诺应力模型(RSM)与大涡模拟(LES)两种方法计算旋风分离器动态流场的精度,利用FLUENT14对旋风分离器内气相动态流场特性进行数值模拟及分析,考察了两种方法计算得到的瞬时切向速度分布、切向速度脉动强度及切向速度频谱特性。计算结果与热线风速仪(HWA,Hot-wire anemometer)测量的切向速度数据进行无量纲对比表明,在时均切向速度上,LES的模拟结果比RSM的准确性高;在瞬时切向速度上,LES预测的瞬时切向速度可以反映旋流摆动造成的切向速度的波动特性,呈现出接近实验测量值的高频速度脉动变化;而RSM难以预测瞬时切向速度的波动变化,仅给出低频小幅值的波动。因此采用LES预测旋风分离器流场能够捕捉动态信息,揭示流场的动态特性。     

旋风分离器内气相旋转流动态特性分析与表征

旋风分离器内的气相旋转流具有很强的动态特性,表现为流场瞬时参数随时间波动变化。为了对旋风分离器内气相旋转流动态特性进行表征,本文基于热线/热膜风速仪（HWFA）和动态压力传感器测量的旋风分离器内瞬时切向速度和瞬时压力,从时域和频域两个方面进行了分析。结果表明,旋风分离器内瞬时切向速度信号时域上的波形分布与旋转流的摆动存在联系,时域上的标准偏差可以直观地表征旋风分离器内旋转流的波动强度;频域的主频和功率谱密度（PSD）可以表征旋转流动态参数波动的准周期行为、传递行为和强度衰减特征,也是旋转流摆动行为及其影响范围的反映。基于瞬时切向速度和瞬时压力的时域和频域分析能较好地反映旋转流流场的波动特点,均可用于表征旋风分离器内气相旋转流的动态特性。     

旋风分离器入口形式对内流场非稳态特性的影响

旋进涡核(PVC)现象会削弱旋风分离器对细颗粒的捕集效率。利用数值模拟方法研究纯气相流场中涡核的运动频率和偏心程度。结果表明:随着蜗壳包角的增大,排尘口截面涡核的运动频率和偏心程度都逐渐减小,PVC现象被削弱,蜗壳包角大于270°以后,纯气相流场中的PVC现象基本消失。入口切进度对排尘口截面涡核运动特性的影响会因蜗壳包角而有所不同。相比于入口结构的对称性,涡核偏心程度与下行气流的能量损失相关性更强。下行气流的能量损失越多,下行期间汇入内旋流的气流能量越高,内旋上行气流受到的横向扰动越大,汇入气流的能量超过某一阈值后,引发涡核摆动。而涡核旋转频率受下行气流能量损失的影响则较小。     

旋风分离器入口形式对内流场非稳态特性的影响

旋进涡核（PVC）现象会削弱旋风分离器对细颗粒的捕集效率。利用数值模拟方法研究纯气相流场中涡核的运动频率和偏心程度。结果表明：随着蜗壳包角的增大,排尘口截面涡核的运动频率和偏心程度都逐渐减小,PVC现象被削弱,蜗壳包角大于270°以后,纯气相流场中的PVC现象基本消失。入口切进度对排尘口截面涡核运动特性的影响会因蜗壳包角而有所不同。相比于入口结构的对称性,涡核偏心程度与下行气流的能量损失相关性更强。下行气流的能量损失越多,下行期间汇入内旋流的气流能量越高,内旋上行气流受到的横向扰动越大,汇入气流的能量超过某一阈值后,引发涡核摆动。而涡核旋转频率受下行气流能量损失的影响则较小。     

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.     

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.     

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.     

旋风管分离器流场模拟研究

旋风管作为多管式旋风分离器的主要元件,已经成为气固两相分离的重要研究对象,主要用于处理气量较大且对分离效率要求较高的工况。本文采用大涡模拟的方法考察了分离器内切向与轴向速度分布形态的影响。模拟结果表明：在一定程度上加长排气管的插入深度对分离效率的提升是有益的;旋风管筒体太长对分离效率的提高作用不大;增大排气管直径有助于降低降压。     

旋风分离器的内部流场模拟分析

以旋风分离器内部流场模拟分析为基础,分别对1、30、100μm三种不同粒径的煤粉与滑石粉在分离器中的颗粒轨迹做了分析,首先得出其内部流场速度方向及大小的分布规律,从内部气流走势上看,分离器具有不对称性;从速度矢量图颜色上看,在分离器中心部分的气流具有强烈旋转,气流在壁面附近的位置速度快速降低。再得出不同粒径颗粒在分离器中的轨迹分布规律。为进一步的研究及改进旋风分离器的性能有参考意义。     

旋风分离器高温流场的实验测量

引言 对旋风分离器内流场的认识是研究其分离过程的基础.长期以来,人们对旋风分离器内流场的结构、速度分布等进行了大量的测量和分析,认识到旋风分离器内是一个三维强旋旋湍流场.     

一种新型旋风分离器气相流场实验研究和数值模拟

对适用于高温高压下的一种新型旋风分离器的气相流场用粒子动态分析仪(PDA)进行了测试，并且用计算流体力学(CFD)软件中的不同湍流模型对其流场进行了数值模拟，得出了该旋风分离器不同的结构和操作条件对其流场的影响规律，同时也找到了适合模拟该种旋风分离器流场的湍流模型——雷诺应力模型(RSM)．     

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。