PSC型旋风管排尘锥内气固两相流的实验研究

分别采用五孔球探针测试仪与等动采样方法对PSC型旋风管排尘锥内三维流场及颗粒浓度场分布进行了测量,得到了排尘锥内气固两相流的分布特点,分析了对分离性能的影响规律,并对结构参数进行了优化设计。     

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。     

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。     

测量旋风分离器浓度场的双束伽马射线方法

依据旋风分离器内浓度场分布的特点,建立了旋风分离器内颗粒浓度分布模型,由此提出了一种测量旋风分离器浓度场的双束伽马射线方法。该模型仅需2束射线测量旋风分离器的线平均浓度值,就可以确定模型中的k和ρ_R参数,进而获得整个旋风分离器横截面的浓度分布。为了验证模型的实用性,首先将以往文献中测量的浓度分布数据带入模型,计算表明该模型可以较好的逼近旋风分离器的浓度场;然后采用¹³⁷Cs射线源测量了直径260 mm旋风分离器的径向线平均浓度,结果表明实验测量计算的浓度分布与以往文献用其他方法测量结果对比具有很好的一致性。该双束伽马射线方法可以用于旋风分离器的浓度场的测量和监测。     

湍流场中的微米粒子在旋风分离器中的数值模拟研究

针对湍流场中燃烧颗粒飞灰的处理难题,优化了一种旋风分离器结构,采用拉格朗日DPM方法表征颗粒物运动捕集轨迹,同时在数值模拟过程中考虑了微米颗粒的重力、萨夫曼升力的影响。数值模拟方法采用K-ε两方程RNG模型对粒径为0.9~1.1μm颗粒微尘在旋风分离器中的流场和运动轨迹进行了研究。模拟结果显示,本文中提出的新型结构的旋风分离器,较传统旋风分离器的分离效率提高了94%,具有强化次微米颗粒气体旋流流动的效果,适用于高效捕集超细微米颗粒物。     

旋风分离器内流场的非轴对称性特点

采用Fluent6.1软件提供的代数应力模型(ASM)计算了旋风分离器内的气相流场,并在此基础上讨论了流场的非轴对称特点.在旋风分离器的三维速度中,切向速度在环行空间具有明显的非轴对称分布,向下进入分离空间后很快发展为轴对称分布;轴向速度和径向速度在环行空间存在一定的非轴对称性,而到分离空间后基本上是轴对称分布了.旋风分离器内流场的这种非轴对称特点是由于切向入口的非轴对称结构产生的.     

基于Fluent软件数值分析新型旋风筒气固两相流场

采用Fluent软件模拟一具有倾斜顶板、过渡性蜗壳、偏心内筒和倾斜出口的旋风筒的气相流场及颗粒运行轨迹。模拟过程中气体的湍流流动采用RNG k-ε数学模型,生料的颗粒运动采用颗粒随机轨道模型。结果表明：该旋风筒有强涡旋流动,中心区域明显有一气芯柱,近似为入口处速度的2倍;切向速度分布为不对称的驼峰型;蜗壳部位有径向速度分布;该结构更有利于颗粒的气固分离。     

旋风收尘器结构形式对收尘效果的影响研究

在传统直筒式旋风收尘器的结构基础上,提出一种具有新型结构的蜗旋式旋风收尘器,分别对这两种不同结构形式的旋风收尘器流场进行数值模拟,对比研究结构形式对速度场、压力场、颗粒运动轨迹、收尘效率等的影响。结论是:蜗旋式旋风收尘器的流场特性和收尘效果均优于直筒式,该结论为旋风收尘器的结构优化设计奠定了基础。     

新型旋风管内颗粒浓度分布的实验研究

在Shell型旋风管基础上进行了结构与尺寸的优化匹配,得到一种新型高效旋风管. 采用等动采样方法,对新型旋风管内的颗粒浓度场进行了测试与分析. 实验结果表明,新型旋风管开有排尘槽的锥形排尘结构有较好的分离效果,并在一定程度上可以降低颗粒的返混;加设导流锥结构可显著减少短路流,并能使细小颗粒受到较强的惯性作用而得到分离. 灰斗上方区域,沿轴向向上颗粒浓度呈下降的趋势,表明内旋流对颗粒具有较强的二次分离作用. 对粒级效率的估算结果表明,新型旋风管可将粒径大于7 mm的颗粒全部除净,3~7 mm的细小颗粒的粒级分离效率可达86%以上,而相同操作条件下Shell型旋风单管仅能将10 mm以上的颗粒除净. 本工作为旋风管的结构改进、尺寸优化乃至工业推广应用提供了必要的基础.     

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%.     

排尘锥开缝结构对导叶式旋风管内细颗粒分离性能的影响

在导叶式旋风管下端安装排尘锥,通过改变排尘锥的开缝结构来改变含尘气固两相流的流动状态,从而实现旋风管的减阻增效.通过对比分析排尘锥开缝结构的变化对旋风管的压降、分离效率及粒级效率的影响.得到排尘锥开缝有助于提高7μm以下细颗粒的分离效率.     

排尘锥结构参数对导叶式旋风管流动阻力特性的影响

通过阻力特性实验和智能型五孔球探针的测量实验,研究了排尘锥的锥度、长度及开缝结构对导叶式旋风管总压降和流场的影响规律,为排尘结构的优化以及新型高效低阻旋风管的开发奠定了实验基础。     

不同排尘结构对导叶式旋风管内气固两相流动影响的数值研究

通过数值模拟的方法对3种不同排尘结构的导叶式旋风管内气固两相流场进行了研究。结果表明,直筒型排尘结构的排尘口处上、下行流交错容易产生返混夹带现象,对细颗粒的分离不利;锥形排尘结构可以增加旋风管内气流旋转强度,控制进入灰斗的下行气量,有利于分离效率的提高,但排尘锥内部存在环形旋涡,易磨损器壁;在排尘锥侧面开缝,可改善旋风管内流动分布状态,实现排尘区气固两相分流,进入灰斗内的气流更加稳定,从而有效减少颗粒返混夹带,提高旋风管分离性能。     

Particle Collection and Concentration for Cyclone Concentrators

Four cyclone concentrators were designed and fabricated to compare their particle separation and concentration behavior, such as the major, minor, outlet, and wall deposition fractions. Two of the cyclone concentrators were the conventional type, with the minor flow tube connected to the particle outlet at the bottom of the cyclone. The others were modified cyclone concentrators with a gap between the particle outlet at the bottom of the cyclone and the minor flow tube. The modified cyclone concentrators had different particle outlet and minor tube diameters, with variable minor tube heights.

The particle number fraction of the minor flow for the conventional cyclone concentrator increased and had wider U-shaped curves, in the large particle size range, as the particle outlet diameter increased. In addition, the gap between the particle outlet and minor flow tube of modified cyclone concentrator had an adverse effect on the particle concentration ability of the cyclone concentrator with a small minor tube diameter, in that the wall deposition and particle fraction of the minor flow were increased and decreased, respectively. However, the modified cyclone concentrator with a large minor flow was a better particle concentrator because the gap offered a space for the particles collected on the cyclone wall to gather, preventing the particles from going along the minor flow, especially with high particle concentrations in the inflow.     

FCC内置式四旋分离系统内气固两相流场的数值研究

通过数值模拟的方法,采用RSM湍流模型对FCC内置式四旋分离系统内气固两相流场进行了研究.研究表明,四旋灰斗底部存在错流,不利于排料;储料罐顶部平衡管泄气有利于四旋排料,但同时增加了颗粒逃逸的概率,降低分离系统效率;分离系统内颗粒运动轨迹包括灰斗捕集、排气管逃逸及平衡管逃逸,控制颗粒在平衡管逃逸可通过在储料罐内添加锥形挡板结构实现;四旋环形空间顶部与灰斗底部锥段颗粒浓度较高,易对四旋内壁产生磨损;内置式四旋分离系统优点在于不存在催化剂跑损问题.     

Experimental Study of Particle Collection by Small Cyclones

A new set of experimental data on the particle collection characteristics of small cyclones is reported. The collection efficiency for particles ranging from 2 to 10 μm in diameter was measured systematically for nine cyclones at flow rates ranging from 8.8 to 18.4 L/min. Special emphasis was given to the effects of the exit tube size and of the cyclone body size on the particle collection efficiency. The size ratio of the exit tube to the cyclone body was varied from 0.24 to 0.80. The experimental results show that the stiffness of the particle collection cutoff with size does not change noticeably with a change in the cyclone body size while operation of a cyclone at a low flow rate can cause the particle collection characteristics to become less stiff. It was also found that the exit tube diameter influences the particle collection efficiency substantially, with results showing that as the exit tube size is decreased, the collection efficiency increases. A large cyclone body size increases the efficiency. However, when the cyclone body is increased excessively, the collection efficiency appears to decrease somewhat. The experimental data were compared with existing cyclone theories and Barth's (1956) theory was found to be in good agreement. Finally, the exit tube was found to affect substantially the pressure drop of cyclones. As the exit tube size increased, the pressure drop decreased. However, when the exit tube size was further increased until it approached the body size, the pressure drop increased again.     

环流式旋风除尘器内流场的数值模拟

采用 CFD 模拟软件 Fluent 6.2 提供的雷诺应力模型(RSM)对环流式旋风除尘器内的流场进行了数值模拟研究.并与热线热膜风速仪实验测试结果进行了比较.模拟结果与实验结果基本吻合.结果表明:环流式旋风除尘器特殊的流路设计,避免了内外旋涡的相互干扰,增强了旋转速度,规整了流形,减小了强湍流对性能的影响,消除了旋风除尘器易产生的短路流和二次返混,提高了除尘效率,降低了设备的压降.通过对影响除尘器性能的局部涡进行分析,为进一步优化结构提供了参考依据.     

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%。     

防返混锥对旋风除尘器内二次流的抑制效果研究

旋风除尘器下部灰斗内存在的二次流会引起被捕集颗粒重新进入气流,进而导致旋风除尘器除尘效率下降。为有效抑制灰斗内二次流,采用内置防返混锥的手段,对不同防返混锥几何尺寸与安装位置的旋风除尘器进行两相流数值模拟。结果表明,内置防返混锥减少了灰斗内流场的切向、轴向速度及湍流强度,对旋风除尘器灰斗内二次流所引起的颗粒返混现象有显著的抑制作用。模拟结果推荐防返混锥最佳几何尺寸的顶角角度为80°,最佳安装位置为底面与锥口的垂直距离0.375B≤Bs≤0.5B。在入口速度为12 m/s时,与原结构相比,总除尘效率提高11.50%,压降增加8.29%。