旋风汽水分离器湍流模型研究

旋风分离器内部汽-水两相流场是极其复杂的三维强旋转流流动。这给分离器内部的流场数值模拟和实验测量带来了一定的困难。针对分离器内部的这种复杂汽-水两相湍流运动,文章采用了标准κ-ε模型、RNGκ-ε 模型和雷诺应力模型（RSM）,利用贴体网格技术,模拟计算了分离器内部流动,并将计算结果与实验数据进行分析、比较,结果显示,雷诺应力模型（RSM）具有较其它两种模型更强的模拟能力．     

旋风分离器简捷设计计算方法

运用Ｋａｌｅｎ和Ｚｅｎｚ跳跃速度概念导出旋风分离器的计算方法，方法简捷，实用，且能保证最好的分离效率。     

升气管插入深度对旋风分离器内部流场影响的数值模拟

针对旋风分离器内部复杂的三维强湍流,在仿真过程中,采用雷诺应力模型(RSM),利用贴体网格技术,模拟得到不同升气管插入深度时的旋风分离器内的切向速度分布、轴向速度分布和进出口压降。结果表明,当升气管插入深度减小时,会使总压力损失有所降低,但有一部分气流将从入口直接进入升气管形成短路,使旋风分离器的分离性能下降;对于特定的旋风分离器,升气管插入深度存在最优值,可保证较高的分离效率和较低的压降。     

旋风分离器排气管结构优化数值模拟研究

为验证新型分离器(其结构特点为排气管带有扩展角β)的可行性,采用雷诺应力模型对不同扩展角旋风分离器的流场进行三维数值模拟研究。结果表明:新型分离器内各截面上不同扩展角对应的内旋流切向速度分布基本一致,而外旋流的切向速度随着扩展角的增加而逐渐减小,但变化幅度不显著,且随着扩展角的增加,内旋流与外旋流之间的速度差减小,降低了内外旋转流动的摩擦损失;新型旋风分离器在4个截面上,Ⅱ区域和Ⅳ区域内的轴向速度随着扩展角的增加而减小,携带颗粒的气流停留时间增加,有利于颗粒的分离,且其轴向速度峰值之差减小,气流在旋转运动过程中的能量损失减小;在Ⅳ区域内,其回流速度随着扩展角的增加而减小,降低了内旋流的涡团能耗;短路流动和湍动能随着扩展角的增加而增大,只有排气管扩展角β为5.7°时的流场分布较为合理;其静压力损失随着扩展角的增加而降低。     

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。     

细颗粒物在旋风分离器内流动特性

为了研究操作条件和颗粒特征对细粉体颗粒在旋风分离器中流动状态的影响,文中采用欧拉-拉格朗日方法对细颗粒在旋风分离器内的停留时间进行模拟计算。探究入口气速、粉体粒径和固气比对粉体在旋风分离器内的停留时间分布密度函数、平均停留时间和停留时间量纲一方差的影响。结果表明：粉体颗粒在旋风分离器内部的停留时间分布密度函数总体呈正态分布;当入口气速u=10 m/s时,粉体颗粒平均停留时间为0.40 s,停留时间量纲一方差为0.11,此时粉体颗粒平均停留时间最长,颗粒运动状态更接近平推流;在模拟工况范围内,随着粉体粒径增大,停留时间量纲一方差增大,颗粒在旋风分离器内的返混程度加剧;颗粒粒径和固气比变化对平均停留时间影响较小。     

循环旋风分离器内气液两相流动数值模拟

采用雷诺应力模型RSM对循环旋风分离器内气液两相流动的情况进行了数值模拟研究,讨论了循环旋风分离器内切向速度、轴向速度、径向速度、压力场、雷诺应力的分布特点以及相同入口速度下分离器内液滴运动轨迹与分离器的分离效率。数值模拟结果表明,循环旋风分离器切向速度呈现明显的驼峰状,轴向速度上行流和下行流明显,径向速度相对较小,压力由轴心向外逐渐升高,雷诺应力分布复杂且无明显规律,分离器对小直径液滴分离效率较低,入口速度对分离效率的影响比较明显。     

旋风分离器选用的程序设计

按不同使用要求，设计出旋风分离器选用的计算程序，利用本程序可快速、准确地选出所适用的型号规格。     

旋风分离器内细颗粒浓度分布及运动分析

旋风分离器对5 μm以下颗粒的分离效率有待提高。通过雷诺应力模型和随机轨道模型研究1 μm颗粒在超高旋风分离器内的浓度分布。结果表明细颗粒在上行流和准自由涡的重叠区聚集,形成浓度高峰。分析不同轴向位置和不同时刻的颗粒径向分布,发现其形成机制有二：一是高度与自然旋风长不匹配导致旋涡尾端扫壁,引起大量颗粒返混,然后在内旋流的分离作用下向外移动;二是下行流向心汇聚对细颗粒的裹挟作用。机制一对颗粒浓峰的贡献更大。大部分浓环颗粒在上行过程中会继续外移,汇入下行流后再次经受外旋流的分离作用,少部分颗粒在上行流或短路流的裹挟下逃逸。抑制颗粒返混是改善颗粒浓环的关键,可通过优化高度或增加内购件的方式实现。     

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)．     

气液旋流分离器气相体积分数和压力降数值模拟

气液旋流分离器工作时,两相混合物从入口管切向进入圆柱形筒体开始分离。所以当入口管和筒体的结构发生变化时,对整个旋流分离带来的影响是直接的。旋流分离之后的气相,是经过溢流管离开体系的,因此当溢流管的结构改变时,气相的最终分离也会受到影响。从溢流管的半径、插入深度、筒体的半径与高度四个方面出发进行数值模拟,每个影响因子设计了六组平行的仿真模拟实验。     

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.     

带有减阻杆的旋风分离器内气体流动分析

利用激光多普勒测速仪(LDV)对装有减阻杆的旋风分离器内流场进行了详细测量,根据流场分布的特点发现在减阻杆后存在明显的绕流尾涡区.对比实验的结果表明不同结构型式的减阻杆后绕流尾涡区的流动分布不同,其中减阻杆的迎风宽度及形状对减阻杆后绕流尾涡区的流动分布有明显影响.由于减阻杆的迎风宽度及形状与减阻性能有关,因此通过对减阻杆后绕流尾涡区的流动分析可以进一步揭示旋风分离器内减阻杆的减阻机理.     

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.     

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.     

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。     

液固旋流分离器的设计与选用

主要介绍了液固旋流分离器的工作原理,尺寸设计原则、结构设计与材料选用,并对烧碱蒸发浓缩工序中盐碱分离用旋流分离器的选用提出参考意见.     

带导流叶片的JLX型旋风分离器数值模拟研究

为了确保IGCC燃气轮机长时间平稳运行,IGCC粗煤气需要在进入燃气轮机前将气流中携带的尘粒脱除。文中针对IGCC特定的工艺条件,开发了一种新的JLX型径向进口旋风分离器,并采用Fluent软件进行了数值模拟,研究了相关参数对分离器性能的影响。结果表明:螺旋导流叶片可有效改善流场分布,并实现对粉尘颗粒的预分离;随着导流叶片旋转圈数的增加,压力损失和切向速度随之增加,粒级效率先增加后趋于平缓,1.5圈为最优旋转圈数;随着导流叶片螺旋倾角的增加,环形空间切向速度和压力损失也随之减小,而较小的导流叶片螺旋倾角对提高粒径大于7μm的粉尘颗粒粒级效率是有利的。     

旋风式选粉机的改造机理及应用

旋风式选粉机在细粉的分离、产品细度的调节等方面均优于离心式选粉机,但由于其分级力场的不稳定、物料分散的不充分和不均匀及细度控制的不灵敏等,使其分级性能与第三代高效选粉机相比仍有较大差距。采用NHX高效转子式选粉机技术,对其进行结构改造,并配套粉磨工艺参数的调整等相关技术,可使旋风式选粉机的选粉效率约提高40％,粉磨系统的产量约提高20％～30％,效益显著。