低阻高效抛煤机锅炉飞灰分离装置的实验研究

对使用于抛煤机锅炉的下排气式旋风分离器进行了实验研究,主要研究排气管径、导流体插入深度、导流体-排气管间距（导排间距）等因素对分离器分离效率和压力损失的影响。实验结果表明,排气管径为0．75D、导流体插入深度为0．75D、导排间距为0．5D的旋风分离器结构综合性能较好,适合应用于抛煤机锅炉作为飞灰分离装置。     

旋风分离器分离效率数值模拟研究

求解旋风分离器内部流场分布以及揭示分离性能的影响因素具有重要意义。对旋风分离器内部流场建立数学描述,运用数值计算方法对其进行求解,进一步得到分离效率的影响因素。计算结果表明,固相颗粒的入口浓度愈大、速度愈大,分离效率愈高;固相颗粒粒径愈大,分离效率愈高;分离器排气管直径愈小、筒体直径愈小,分离效率愈高。     

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。     

排气结构对双蜗壳型旋风管分离性能影响的对比研究

通过对双蜗壳型旋风管性能的测试试验,分别研究了不同排气管插入深度及排气管结构形式对旋风管压降及气固分离和气液分离性能的影响.发现该旋风管特殊的入口结构使其压降较低,且其压降随排气管插入深度的增加略有增大,直管型比直管加导流锥型排气结构压降小20％左右.排气管插入深度对气固分离及气液分离效率的影响规律不同.气固分离中直管...     

排气管外延伸长度对旋风分离器性能的影响

采用数值模拟方法分析了不同排气管外延伸长度下旋风分离器流场和性能的变化,对比分析了5组不同排气管外延伸长度下的静压、速度图像和10组不同排气管外延伸长度下的压降、切割粒径变化情况.结果表明,不同排气管外延伸长度对旋风分离器切向速度影响不大,排气管外延伸长度过短时,受亚临界流影响轴向速度出现第3峰,而随排气管外延伸长度增大逐渐消失;旋风分离器内压降开始随排气管外延伸长度增大而减小,之后逐渐微升,最大变化率为8%;旋风分离器切割粒径在一定范围内随排气管外延伸长度先升高,然后降至最小,再逐渐增大,最大变化率为23.3%.表明排气管外延伸长度变化,在一定程度上对旋风分离器的分离性能有影响.     

导流板对旋风分离器内气固两相分离性能的影响

通过数值模拟对环形空间设有导流板的旋风分离器进行了研究. 与常规单入口旋风分离器相比,设置导流板显著改善了旋风分离器内的非轴对称流动,使流场的旋转中心与分离器的几何中心重合,从而抑制了旋风分离器内的涡核摆动现象. 气固两相模拟结果表明,加入导流板可明显提高旋风分离器的分离效率,尤其是对于粒径为5 mm的小颗粒,分离效率从53.4%提高到94.6%,捕集效率显著提高.     

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。     

不同结构的旋风分离器二次涡的数值模拟和分析

以Stairmand旋风分离器、扩散式旋风分离器和环流式旋风分离器为研究对象,采用CFD软件Fluent提供的湍流雷诺应力模型(RSM),研究了内部构件对旋风分离器内二次涡的影响,模拟结果表明:环流式旋风分离器内部导流件有效降低了"上灰环"和"短路流",与另两种旋风分离器相比,筒体顶盖及排气管附近二次涡速度分别从23.6和32.1 m×s~(-1)降至10.2和25.7 m×s~(-1),湍动强度分别由2.38%和3.41%减弱到1.61%和2.39%,筒体顶盖涡流尺度的比例因数由0.25减小为0.11。扩散式旋风分离器的反射屏对于削弱"二次扬尘"现象和"颗粒夹带"的影响效果显著,与Stairmand旋风分离器相比,排尘口附近二次涡速度由25.1降至7.3 m×s~(-1),尺度的比例因数、湍动强度均显著降低。结果表明通过合理的增设内部构件对分离器内流场进行导流,可降低二次涡对于流场的影响。     

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。     

旋风分离器的螺旋导流和防返混

由于普通旋风分离器不能满足工业中大直径、大流量的分离工艺要求,本文研究表明了气固两相流有效的螺旋运动是旋风分离的关键,加设螺旋导流装置,强制流体进行螺旋运动,可以大幅度提高旋风分离效率;同时顺应气流翻转流动之势,设立防返混结构,能够确保最终分离效果。采用双分离器并联,上接分气罐、下接集尘罐,并使用专利下灰阀,形成完整的分离系统,工业应用效果良好。     

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。     

旋风分离器底部施加直管的气固两相流数值模拟

针对传统旋风分离器"灰斗返混"现象,为提高旋风分离器的分离效率,在旋风分离器底部施加直管,对传统旋风分离器和施加不同直管长度的旋风分离器进行数值模拟.模拟结果表明：施加直管可以有效改善传统旋风分离器的分离效率,但直管长度并非越长越好,直管太长,不仅浪费分离空间,而且分离效率反而有所下降.综合考虑各方面因素,得出直管的最佳长度为0.4 m(两倍筒径).     

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。     

Performance of a large-cone-angle hydrocyclone—II: Separation properties

The separation properties of large-cone-angle hydrocyclones of two different sizes have been determined at different cyclone configurations and input variables. Experiments have been carried out with a mixture of sand and a low fraction of magnetite of almost equal free-fall velocities. Also residence time distributions of magnetite have been determined.Analysis of the experimental results shows that for each volume flow of solids through the cyclone there will be a specific apex opening at which a maximum separation efficiency is reached. If a high separation efficiency is wanted at a high throughput of solids and a low energy consumption, the cyclone should operate with a high vortex finder bottom clearance.     

旋风分离器入口结构影响的研究现状与进展

综述了近年来关于入口结构包括入口结构类型、入口截面形状以及入口下倾角度等对旋风分离器性能影响的研究。认为不同的入口结构参数设计对旋风分离器的性能及能耗有较大影响;随着入口数量增多,分离器压降降低,分离效率先升高后减少,双进口分离器的性能较优。入口截面形状采用倒三角形有利于提高分离效率,但压力损失增加;对于矩形入口旋风分离器,增大高宽比有利于提高分离效率,但也会增大压力损失。随着入口截面角的增加,压力损失降低,分离效率先升高后减小,存在有最优的入口截面角;螺旋下倾角能够改善旋风分离器的分离性能,降低压力损失并有效减少上灰环现象的发生。     

流化催化裂化装置旋风分离器的研究及分离效率的优化

首先从旋风分离器的分离原理及影响分离效率的诸多因素入手,对提高旋风分离器分离效率进行了研究和探讨,最后提出了在FCC装置设计过程中,反再两器中的两级旋风分离器分离效率优化的一些建议和方法,三级旋风分离器的一些实际问题的解决方法以及四级旋风分离器安装过程中的一些注意事项。     

颗粒负荷对小型旋风器性能影响的模拟分析

为探究颗粒负荷对小型旋风器内气固两相流动的影响,基于雷诺应力模型（RSM）和欧拉-欧拉方法的混合流模型（Mixture）进行气体-颗粒、颗粒-颗粒的相间耦合计算。采用粒径为0.5～5μm的颗粒组在40L/min、60L/min和80L/min的入口流量下模拟0~3kg/m³的5种不同颗粒浓度工况,通过对比旋风器内纯气相流场和颗粒负荷流场的不同,研究了颗粒的存在对流场的影响;探究了入口流量和浓度变化对旋风器内分离效率和压降特性的影响。基于模型有效性验证的数值模拟结果表明：较高颗粒浓度负荷使旋风器内的气相流场发生显著变化。随着入口流量的增大,旋风器的分离效率先增大后减小,压降呈非线性增大。随着颗粒浓度的增大,旋风器的分离效率逐渐增大,压降先减小后增大。     

动态旋风分离器数值模拟及实验研究

旋风分离器具有结构简单性能稳定等优点,但对于粒径10μm以下颗粒,分离效率较低。本文对普通旋风分离器进行改进,设计了带有旋转叶片的动态旋风分离装置,并进行了实验和数值模拟研究。数值模拟气相采用RNG k-ε模型与RSM模型相结合的算法,颗粒相与气相之间采用以欧拉-拉格朗日气固两相流耦合思想为基础的DPM模型进行模拟,主要研究了装置内部流场和颗粒分离效率与进口气速和转子转速之间的关系,并与实验中通过静电低压悬浮颗粒取样器（ELPI）获得的装置分离效率进行了对比。模拟和实验结果表明,装置切向速度场中转子部分的切向速度主要由叶片转速决定,转子外部区域的切向速度则主要由进口气速决定,且在一定的转速和进口气速下,动态旋风分离器对粒径在5μm以上的颗粒有良好的脱除效果。     

Investigations on various characteristics of novel cyclone separator with helical square fins

ABSTRACT

Cyclone separators are very energy intensive devices primarily used in power and process industries to separate the particles from hot gases. Hence in the present study, the barrel wall of the cyclone separator was modified by fixing the helical square fins of sizes 5, 7.5, and 10 mm, with 30 and 50 mm pitch variations to improve its separation efficiency. Hence in the present study, various fluid dynamic characteristics which affect the separation efficiency such as axial and tangential velocities, axial pressure drops were investigated. Computational results were validated using the published experimental data for the non-finned cyclone separator and further CFD simulations were performed for novel finned cyclone separators. It was observed that for the particles’ sizes below 3 µm, finned cyclone separator with fin size 10 mm and pitch 50 mm was giving separation efficiency more than other 5 finned cyclone separators. Also 5 to 10% improvement in the separation efficiency was observed over the separation efficiency of the non-finned cyclone separator. Since main function of separating the particles from gas was unaffected rather it was improved using finned cyclone separator(s) which is important in a view of reducing serious fine particulate matter (PM2.5) emissions causing serious health issues.     

双级旋流管分离器研究

对直通式旋流管的分离机理进行了理论分析,并利用CFD对某旋流管单级和双级串联的分离性能进行了仿真计算,结果表明双级串联旋流管式粗滤器较单级旋流管的效率确实有所提高,特别是在小流量下对于10μm以下粒子的分离效率提高较明显,从而在理论上保证了压气机和发动机的使用要求,通过试验验证了仿真结果。