旋风分离器内三维紊流场的数值模拟

用数值模拟方法计算了一种单蜗入口旋风分离器内的紊流过程，对紊流的处理分别采用了标准的k-ε二方程模型和Reynolds应力输运模型。与实测速度分布对比结果表明：Reynolds应力模型计算结果与实测值吻合较好k-ε二方程模型计算结果与实测值吻合较差，可以将Reynolds应力模型作为研究旋风分离器分离性能，能量损耗的工具，这主要由于旋风分离器内部的流动是三维强旋流，而在k-ε二方程模型中作了紊流各向同性的假设，因此，适当选用紊流模型后，数值模拟方法对强旋流或大曲率流动可以给出令人满意的结果。     

PV型旋风分离器的内流场的试验研究

用五孔球探针与热线风速仪测定了不同结构参数的ＰＶ型旋风分离器全空间内的三维速度分布，总结了入口气速与主要结构参数变化后对流场的影响规律，提出了相似放大的办法。结果表明，在旋风分离器的蜗壳顶部存在纵向二次流，在芯管下口附近存在短路流，在排尘口处有较强的灰斗返气。这些均不利于气固分离。     

PV型旋风分离器内流场的试验研究

用五孔球探针与热线风速仪测定了不同结构参数的ＰＶ型旋风分离器全空间内的三维速度分布，总结了入口气速与主要结构参数变化后对流场的影响规律，提出了相似放大的办法。结果表明，在旋风分离器的蜗壳顶部存在纵向二次流，在芯管下口附近存在短路流，在排尘口处有较强的灰斗返气，这些均不利于气固分离     

CFX软件对焦化炉数值模拟的初探

利用CFX软件对某单面辐射焦化炉辐射室管外燃料燃烧、烟气湍流流动及高温辐射过程进行了数值模拟,结合标定数据,对辐射室内烟气流动、炉管表面热强度、炉膛烟气出口温度及辐射室关键部位烟气温度等数据进行了分析对比.CFX软件能较好地模拟炉内烟气流动、炉膛内烟气温度分布,能反映炉管表面热强度分布的一般规律,CFX软件在加热炉工程设计中可起到一定的参考作用.     

基于均匀设计法的EⅡ型旋风分离器结构优化

采用均匀实验设计和数值模拟方法,研究了直径150mm的EⅡ型旋风分离器的三个结构变量因子,利用DPS(Data Processing System)软件进行回归分析,拟合得到结构优化的旋风分离器。回归方程表明,锥体角度对旋风分离性能影响较大。在入口气速为15.5m/s时,数值模拟和试验结果吻合良好。优化结构的旋风分离器锥角小,分离粒度细,分级效率高。     

多管式旋风分离器内气相流场数值模拟

应用数值模拟的方法研究了多管式旋风分离器内的气相流场,研究发现,单管压降是多管旋风分离器压降的主要部分,约占90％。在灰斗内单管排尘口以下轴向速度逐渐减小,在尘口以下200mm处轴向速度值几乎为0,气流不会夹带颗粒向上返混。在进气均匀的情况下,依然存在着窜流现象,窜流率约为10％。单管分离空间底部存在摆尾现象,排尘口下部区域内压力分布不均,是导致窜流现象发生的直接原因。     

旋风分离器两相流动数值模拟研究进展

介绍了旋风分离器的结构与工作原理,综述了国内外旋风分离器两相流场的数值模拟研究进展,对研究过程所用的研究方法进行了描述,分析比较了研究成果。提出了今后旋风分离器内流场研究的重点和发展方向。     

基于FLUENT软件分析旋风分离器的结构优化

为了提高旋风分离器的工作性能,以Stairmand型高效旋风分离器为基础模型,利用FLUENT软件中RNG k-ε模型对传统旋风分离器和带螺旋导流装置的旋风分离器进行数值模拟,从速度分布和分离效率两方面分析了两种旋风分离器的分离性能,分析结果证明带螺旋导流装置的旋风分离器的分离性能强于传统旋风分离器,能够完成粒径小于5μm微细颗粒的分离任务,为旋风分离器的结构优化提供了参考。     

旋风分离器旋风长度的分析计算

认为当分离器外旋流中损耗的能量(即外旋流向内旋流传递的总能量)与内旋流旋转能量达到平衡,即内外旋流之间能量的传递达到稳定状态时,旋转气流到达旋涡尾端位置。由此,采用分离器内压降定量表征能量的损耗,推导得到旋风长度的计算公式。考察了排气管直径、入口尺寸、排气管插入深度、入口浓度、分离器长度、排尘口直径等因素对旋风长度的影响。将该公式计算结果与实验测量值进行对比,结果表明,该公式能较好地反映各因素对旋风长度的影响趋势,且数值差别较小。该公式通过旋风分离器能量传递的特性推导,具有明确的物理意义,适用性较强。     

基于CFD的旋风分离器壁面磨损数值预测

针对旋风分离器在工业应用中存在的磨损问题,采用数值模拟的方法对其壁面的磨损问题进行了预测和分析。颗粒轨道计算时只考虑颗粒与气相之间的相互作用和颗粒的湍流扩散,选用相间耦合的随机轨道模型来计算分离器内颗粒的运动。流场计算采用Fluent中的QUICK差分格式和Simplec算法,选用325目的滑石粉作为模拟计算的对象。结果表明,旋风分离器壁面磨损呈不均匀分布,主要的磨损部位有分离器顶板、环形空间上部以及锥体的端部附近,随着入口速度的增加,各部分的磨损量都有不同程度的增大,且总体趋势一致。     

叶片式旋风管流场数值模拟研究

为完成天然气输送中的净化,探究含杂质天然气在旋风分离器中的流动和分离规律,以常温下的甲烷气体近似替代天然气作为研究对象,运用数值模拟方法对叶片式多管旋风分离器中单管流场的压力、流速和湍流情况进行了分析。数值模拟计算结果表明:1叶片式旋风管主筒内的外旋流压强较高,内旋流压强较低。整个旋风管中心处的压力最低,横切面压力变化呈近似V型分布。2从入口到出口,单管压降约为5.3kPa。3横切面速度值沿轴向变化不大,成驼峰状分布。4湍流动能集中于主筒的环形空间中,湍流动能耗散率比较高的区域则分布于排气口处和主筒较小的环形区域内。5排气管入口处气流速度最大,容易引发气流短路与扰流。模拟分析的结果总体上与工程实际测量吻合较好。     

Numerical Simulation of Particle Concentration in a Gas Cyclone Separator

The particle concentration inside a cyclone separator at different operation parameters was simulated with the FLUENT software. The Advanced Reynolds Stress Model (ARSM) was used in gas phase turbulence modeling. Stochastic Particle Tracking Model (SPTM) and the Particle-Source-In-Cell (PSIC) method were adopted for particles computing. The interaction between particles and the gas phase was also taken into account. The numerical simulation results were in agreement with the experimental data. The simulation revealed that an unsteady spiral dust strand appeared near the cyclone wall and a non-axi-symmetrical dust ring appeared in the annular space and under the cover plate of the cyclone. There were two regions in the radial particle concentration distribution, in which particle concentration was low in the inner region (r/R≤0.75) and increased greatly in the outer region (r/R>0.75). Large particles generally had higher concentration in the near-wall region and small particles had higher concentration in the inner swirling flow region. The axial distribution of particle concentration in the inner swirling flow (r/R≤0.3) region showed that there existed serious fine particle entrainment within the height of 0.5D above the dust discharge port and a short-cut flow at a distance of about 0.25D below the entrance of the vortex finder. The dimensionless concentration in the high-concentration region increased obviously in the upper part of the cyclone separation space when inlet particle loading was large. With increasing gas temperature, the particle separation ability of the cyclone was obviously weakened.     

不同结构循环旋风分离器流场的数值分析

采用CFD软件——Fluent6．2中的雷诺应力湍流模型,对具有不同几何结构的循环旋风分离器气相流场进行数值模拟,以考察循环旋风分离器的几何结构对其流场的影响。模拟结果表明,循环管可以减小不利于气、液相分离的轴向速度并降低压降,防液罩可以在不增加压力损失的情况下增强气、液相分离的主要动力——切向速度,循环旋风分离器存在一个最佳入口直径。     

旋风分离器内非轴对称旋转流场的测量

采用相位多普勒分析仪研究了不同入口旋风分离器气相非轴对称流场。首先采用圆管层流实验验证测量系统的准确性,然后考察不同入口结构下直筒型旋风分离器内部流场的分布特点。实验测得的切向、轴向速度、湍流度分布与旋风分离器典型流场分布特点一致。对比3种入口结构旋风分离器测量结果发现,随着入口结构轴对称性逐渐增加,其内部流场分布的非轴对称性明显减小,旋转中心与旋风分离器几何结构中心之间的偏心距也明显减小,有利于提高旋风分离器的分离效率并降低因涡核摆动造成的摩擦阻力。合理地布置入口结构是抑制单入口旋风分离器非轴对称旋转流动,提高旋风分离器性能的有效手段之一。     

外导流管对旋风分离器流场的调控

采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋风分离器内的气-固两相流动进行了数值模拟计算,比较了带有不同外导流管的旋风分离器内流场、压降和分离效率,并探究了不同外导流管管径对旋风分离器内的流场调控及分离性能的影响。结果表明：外导流管可以改善旋风分离器内的二次涡分布,减小纵向环流的影响范围,降低二次涡间的协同作用,并抑制灰斗入口和料腿入口的二次流,从而提高分离效率;其中,带有H-E型外导流管的旋风分离器有效地提高了细小颗粒的分离效率,对粒径4 μm以下颗粒分离效率的提高可达10%以上;H-E型外导流管对入口气流进行分流,可以减小气流的旋流损失,使压降降低16.7%。此外,外导流管管径对H-O型旋风分离器分离性能影响较小,对H-E型旋风分离器分离性能影响较大。     

一种旋流+膜联合油水分离器流场数值模拟

相对于单原理油水分离方法而言,利用旋流+膜联合原理进行油水分离是一种新的油水分离方式。为提高井下油水分离性能,探讨一种联合原理的油水分离器。建立旋流+膜联合油水分离器的物理数学模型,并用数值模拟的方法计算其中的流场分布规律,针对不同分流比、入口流速和入口含油体积分数对其性能进行系统研究。结果表明：分流比的变化影响第一级和第二级出油口相汇流动规律,应用时应进行性能核算从而保证两级分离的效果;随着入口流速的增大,旋流+膜分离性能逐渐更优,若流速过低,则旋流+膜分离性能较差;随着入口含油体积分数增大,旋流所分离的油相占比减小,留给膜分离的油相占比增大,即含油体积分数较大时,旋流+膜联合油水分离的应用更有必要。     

旋流分离器用于天然气脱水的数值模拟研究

随着天然气工业的发展,天然气的净化处理备受关注。旋流分离器作为一种新型的净化处理装置,其结构简单、分离效率高、处理量大、经济效益好,成为气一液两相分离研究的新课题和新热点。文中用流体动力学软件Fluent对旋流分离器内部流场和液滴的运动状况进行了数值模拟研究,在模拟过程中,采用k-epsilon（2cqn）方程来模拟气相旋流流动。模拟结果表明,旋流分离器内部流场呈旋转分布,分为内、外两个流场,在不同流动区域,气体压力场、速度场分布成规则变化;液滴的运动较为复杂,带有随机性;总体运动轨迹的形状与气相流场的分布趋于一致。     

一种高效动态旋风分离器流场与分离效率研究

为了研究对超细颗粒捕集能力很强的新型高效动态旋风分离器——气固离心分离与排气一体机的流场特点与分离性能,利用Fluent软件对一体机内部气相流场与颗粒相进行数值模拟,并计算出各工况下的分级效率。结果显示,该机对可入肺超细颗粒捕集能力远强于传统旋风分离器,并且对工况波动的适应能力较强。