排尘口直径对旋风分离器壁面磨损影响的数值模拟

基于计算流体动力学(Computational fluid dynamic,CFD)的数值模拟方法,在FLUENT软件平台上,应用雷诺应力模型、离散相模型和磨损值计算模型系统地研究排尘口直径对旋风分离器壁面磨损的影响。计算结果表明,旋风分离器壁面磨损的整体变化趋势不随排尘口直径的改变而变化,都呈现局部磨损的形态。排尘口直径减小,环形空间壁面磨损值保持不变,分离空间壁面磨损值有不同程度的增加,在锥体末端附近增加幅度最大,而这种变化主要是由于排尘口直径变化后分离器内部流动结构的变化引起的。分离空间锥体末端附近壁面的严重磨损主要受气固两相的旋转速度、颗粒浓度、旋进涡核和颗粒受力情况的影响。通过研究揭示合理地进行结构设计在减少磨损中的重要作用,为旋风分离器壁面的防磨提供数值试验方法和依据。     

方形旋风分离器数值模拟研究

针对圆形旋风分离器空间利用率不高,安装后密封性能低等问题,提出一种柱锥式方形旋风分离器,并通过数值模拟对其流动特性、分离性能的影响机理进行研究。采用雷诺应力模型(RSM)和随机轨道模型(DPM),重点分析了该结构方形旋风分离器不同流量下流场压力分布和速度分布,及颗粒入射位置对颗粒运动轨迹的影响。结果表明:该结构旋风分离器流场特征与圆形旋风分离器近似,存在对分离性能有较大影响的二次流。在分离效果损失不大的情况下,在空间利用和安装排布上有明显优势。     

基于离散相模型的旋风分离器内部流场数值研究

针对旋风分离器内部流场的研究,采用数值模拟的方法模拟了分离器内固体颗粒的运动轨迹。通过分析不同粒径及入口速度对旋风分离器内固相颗粒运动轨迹的影响,探索了颗粒在旋风分离器中运动的物理机理,随后对旋风分离器的灰斗长度进行了优化。结果表明:颗粒在旋风分离器中运动轨迹比较复杂,且同时受到入口速度和粒子半径的影响,相同粒径颗粒在不同入口速度下运动轨迹不同,且小粒径颗粒较容易受到入口速度的影响,旋风分离器在标准灰斗长度下的分离效率及分离性能最好。模拟结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

基于CFD-PBM积分矩量法旋风分离器中颗粒聚团的数值模拟

为了得到颗粒聚团对旋风分离器分离性能的影响,在不同入口颗粒浓度与入口气速下研究其对分离效率的影响。采用雷诺应力模型(RSM)计算湍流流场,通过群体平衡模型(PBM)耦合CFD对颗粒相进行数值计算。研究结果表明:时间为2 s时,旋风分离器内的聚团作用已经趋于稳定,颗粒粒径在1.5μm到3μm范围的颗粒在旋风分离器内基本无法被捕集,而粒径大于5μm的颗粒其分离效率接近于100%;随着入口颗粒浓度的增加,总体分离效率增加,而增加入口气体速度,对分离效率的影响并不是很大。     

旋风分离器壁面磨损的数值分析

为了分析旋风分离器壁面磨损问题,基于计算流体力学的方法,应用Fluent软件中的雷诺应力模型(气相)和离散相模型(固相),通过对旋风分离器内气固两相流场的耦合计算,对分离器流场中颗粒浓度分布和气固两相流场对壁面的磨损进行了数值模拟,并对计算结果和磨损原因进行了分析。结果表明:数值计算能够定性的预测旋风分离器壁面的磨损情况,能得出壁面磨损的主要部位即入口区域、锥体下部、灰斗以及料腿的上部等,同时也得出了壁面磨损的分布云图,这些对旋风分离器的设计、壁面磨损的分析和防磨措施的提出具有一定的参考价值。     

基于CFD技术的旋风分离器减阻性能研究

利用雷诺应力模型对旋风分离器气相流场进行数值模拟研究，在此基础上对安装在旋风分离器排气芯管下口的双进口螺旋减阻装置进行了研究，并通过与直径为205mm的Stairmand旋风分离器和直径为150mm的Bohnet型旋风分离器的试验数据进行比较，结果表明，减阻装置可以使排气管下口切向速度降低，内外漩涡交接面半径明显外移，合理改变旋风分离器内部压力分布，能有效降低旋风分离器的压力损失35％以上。研究结果还表明，旋风分离器数值模拟结果和试验数据吻合较好，应用计算流体动力学（CFD）来研究旋风分离器性能方便且可行。     

单、双进口旋风分离器颗粒相流场的数值模拟

采用CFD软件中的商业软件fluent6.1.22分别对直切单/双进口旋风分离器进行数值模拟。采用拉格朗日模型对固相颗粒的轨迹进行了模拟,表明颗粒进口位置对颗粒的轨迹有较大影响。对直切单/双进口旋风分离器的分级粒径分离效率作了对比,实验数据表明,直切双进口旋风分离器分离效率比直切单进口旋风分离器分离效率高5%￣15%。     

进口条件对旋风分离器性能影响研究

文中利用计算流体力学、连续相选用雷诺应力模型、离散相选用分散颗粒群轨迹模型,对不同进口速度（8 m/s、16 m/s、24 m/s和32 m/s）和进口角度（0°、2.5°、5°和10°）下旋风分离器内不同粒径（0～10μm）颗粒的气固两相流动特性和分离效率进行数值计算分析。研究发现,同一进口风速下,当粒径小于临界粒径时,分离效率相对较低且粒径大小对分离效率影响较小;当粒径大于临界粒径时,分离效率迅速增高至100%。对于小颗粒粒径,随着进口速度的增大,旋风分离器分离性能先增强后减弱。适当增加进口角度不仅能够提升小粒径颗粒的分离效率,还能减小旋风分离器的分离粒径。进口角度和进口速度对旋风分离器的分离性能影响较大。     

一种内置旋流叶片的新型旋风分离器

提出一种新型旋风分离器,与传统旋风分离器相比,在分离器内外涡旋交界面处设置一组沿气流旋转方向由内向外的旋流叶片,以阻挡含尘气流中的颗粒进入内涡旋区。基于CFD,采用雷诺应力模型与离散相的随机轨道模型,对分离器进行气固两相流动数值模拟,比较分析添加旋流叶片前后的分离器性能。对常规及添加旋流叶片的旋风分离器的压降、分离效率与入口气流速度的关系进行了试验研究。试验结果表明,与传统分离器相比,添加旋流叶片的旋风分离器在入口流速较小时,总效率提升明显;在入口流速较大时,添加旋流叶片后的分离器压降略有增大,分割粒径减小显著。添加旋流叶片使分离器的分离效率得到提升,对小粒径颗粒的分离效率提升作用尤为明显。     

超短接触旋流反应器分离腔气固分离特性的数值模拟

采用欧拉模型对超短接触旋流反应器内的气固两相流场进行了数值模拟,主要研究了分离腔内气固两相的分离过程。具体考察了导叶下部柱段与锥段分离空间以及排剂口附近固相体积分数的分布情况,评估气固两相在分离腔不同部位的分离效果,重点对比分析了固相粒径差异对流动情况以及颗粒聚集的影响规律。计算结果表明:5μm颗粒在分离腔的浓度分布规律不同于10μm和30μm颗粒,由于颗粒粒径较小易被气流携带,在分离空间以及排剂口都出现了不同程度的返混,对分离不利。     

直流式旋风分离器参数优化仿真与试验

为了在产品方案设计阶段验证直流式旋风分离器性能,利用罗辛-拉姆特函数对试验粉尘(ISO 12103-A4)粒径分布进行拟合。利用Fluent软件对直流式旋风分离器进行性能仿真,为满足分离效率不低于85%,降低流阻的需求,利用Optislang软件对旋风分离器结构参数进行优化,结果表明:粉尘平均粒径为42.27 μm,粒径分布指数1.126;分离器入口粉尘浓度由1%增至5%,分离效率不变,流阻由31.09 kPa增大至31.45 kPa;旋流叶片螺距对流阻敏感度为99.7%,对分离效率敏感度为94.3%,旋流叶片长度对流阻不敏感但对分离效率有5.8%的敏感度;通过匹配旋流叶片螺距及叶片长度,实现流阻由31.09 kPa降到12.12 kPa,分离效率仅降低4.01%。
     

A study on the optimal design of a cyclone system for vacuum cleaner with the consideration of house dust

Cyclone, a type of particle collector widely used in the field of ambient sampling and industrial particulate control, is the principal type of gas-solids separator that use a centrifugal force. The goal of this study is to transform conventional cyclone into a new type of cyclone that can be used for the household vacuum cleaners. To meet the goal, first, the analysis about local environment and dust is carried out. Second, it must have enough high-efficiency not to reduce suction power due to clogging of exhaust filter unit. Two single cyclones with central-hopper-dust-outlet and side-wall-dust-outlet and a twin cyclone are designed and fabricated to evaluate, and compare, their dust collection efficiencies and pressure drops. The measurements of separation efficiency for dust by using DMT test dust type 08 are carried out. House dust experiment is additionally performed to check the local matters applicability such as tissue papers, fur and hairs. The collection efficiency of the twin cyclone is found to be 3–6% greater than those of two single cyclones with the same body diameter, inlet and inner cylinder diameter. Twin cyclone with a large body diameter, a small inner cylinder diameter, a short inner cylinder, a narrow inlet has high separation efficiency. This result indicates the possibility of achieving higher collection efficiencies with a twin cyclone.     

Evaluation of fine particle removal capability of multi inner stage cyclone

A three-layer-type multi inner stage (MIS) cyclone capable of removing fine particles generated by electronic industrial processes was successfully developed with a high processing rate, minimal maintenance and repair cost, and low energy loss. To investigate the capability of the MIS cyclone, experiments were performed using Al₂O₃ particles with diameters of 1, 3, 5, 10, 15 and 20 μm under particle inlet velocities of 0.85, 2.55, 4.25, 5.94 and 8.49 m/s. Lapple (1950), Barth (1956), and Iozia and Leith (1989) prepared a cyclone efficiency prediction graph using a collection efficiency prediction model under the same operating conditions as the MIS cyclone. They verified the cyclone efficiency by comparing the efficiency prediction graph and the general cyclone experimental data with the MIS cyclone experimental data. For an Al₂O₃ fine particle diameter smaller than 5μm, the particle removal capability of the MIS cyclone was observed to be significantly higher than that of the predicted efficiency of a general cyclone and its actual experimental efficiency. Furthermore, the variation of collection efficiency with particle size was not as significant as that of a general cyclone, which suggested the MIS cyclone possesses a more stable removal capability. Pressure drop measurement results of the MIS cyclone showed that a maximum pressure drop of 11 mmAq occurred under an inlet velocity of 8.49 m/s, which was considerably lower than that of a general cyclone pressure drop (50∼150 mmAq).

     

旋风分离器在不同工况下分离效率的仿真分析

针对旋风分离器的适用性问题,研究了不同工况条件下各工作参数对分离效率的影响.选择了环境参数为固体颗粒粒径和密度,分离器工作参数为进口速度,基于FLUENT运用RNG k-ε模型模拟旋风分离器内气相紊流,采用了离散相模型（DPM）模拟固相流场颗粒轨迹.由于粒径、密度和进口速度分别变化具有多种组合,为此引入了正交试验法以图减少仿真的次数.讨论了在不同颗粒粒径和颗粒物密度条件下旋风分离器的进气口速度与分离效率之间的关系.研究结果表明,在不同工作环境下旋风分离器工作参数对分离效率有着重要的影响.     

矩形电容层析成像传感器仿真模拟和实验测量

常规电容层析成像传感器为规则对称方形或圆形结构,其测量和成像算法已相对成熟.由于受循环流化床旋风分离器入口结构段的限制,上述传感器结构已不能应用在旋风分离器入口段的测量,因此为了研究大型化循环流化床多旋风分离器并联布置入口段固体颗粒浓度分布,提出和设计了一种矩形非常规电容传感器,该传感器为12电极结构,在每个入口段的短边布置2个电极,长边布置4个电极,成像敏感场仿真计算基于Ansoft-Maxwell软件.对此传感器进行了静态仿真模拟研究和静态实验测量,对不同激励电压和频率测量结果进行分析,并对测量结果进行误差分析,得到矩形不规则电容传感器最佳测量参数(激励电压和频率),并对循环流化床分离器入口段进行了动态测量.结果表明,这种矩形非常规电容传感器可以用于循环流化床冷态试验台的旋风分离器入口段的直接测量,测量结果对改进旋风分离器的布置方式有参考意义.     

颗粒物性参数对旋风分离器性能影响的试验研究

通过全面测定循环流化床锅炉用旋风分离器在不同操作参数下的分离效率,研究了入口气速和入口颗粒浓度、入口颗粒物性等参数对旋风分离器的压降和分离性能的影响规律.试验结果表明,影响旋风分离器分离性能的主要物性参数是颗粒的中位粒径和密度,在入口颗粒的中位粒径相差较大时,分离性能主要受粒径的影响,而当入口颗粒粒径相差较小时,密度对分离器分离性能的影响则更为显著.     

PV-E型旋风分离器性能试验研究

在PV型旋风分离器流场和浓度测定的基础上，分析了影响分离性能的主要因素。通过采用分流型排气管、预排尘结构以及优化高径比等措施，开发出了一种压降更低、效率更高的PV—E型旋风分离器。冷态试验结果表明，与PV型旋风分离器相比，PV—E型旋风分离器的出口浓度和压降分别降低约10％和20％。PV—E型旋风分离器的优良性能也得到了放大试验和实际应用的证实。