旋风分离器的计算机模拟与设计

在对不同效率和压降模型进行分析的基础上 ,建立了旋风分离器的模拟和设计模型。基于该模型开发了用于旋风分离器校核、模拟和设计的计算机程序 ,该程序包含了效率模型、压降模型和分离器结构数据 ,可用来进行串并联组合旋风分离系统的模拟和设计计算。通过实例表明 ,该程序具有较高的准确性     

天然气净化用多管旋风分离器的分离性能

为了系统评价天然气净化用多管旋风分离器的分离性能,在线测量了入口气速6~24 m/s、入口颗粒浓度30~2000 mg/m3范围内多管旋风分离器的分离效率和分级效率. 结果表明,多管旋风分离器的分离效率和分级效率都随入口气速和入口颗粒浓度增大而提高. 与单管旋风分离器相比,在相同实验条件下,多管旋风分离器的分离效率下降2%~15%;单管旋风分离器基本能除净粒径大于10 mm的颗粒,而多管旋风分离器只能去除15 mm以上的颗粒. 多管旋风分离器的压降主要是内部单管旋风分离器的压降,占整个压降的80%~90%.     

双循环旋风分离器阻力性能的实验研究

双循环旋风分离器通过将主进气口设于简体中部,将顶部进气口设为回流口,消除了传统旋风分离器顶部进气口存在的二次流和短路流,进而使大于3μm颗粒的分离效率接近100%.基于工程设计理论的需求,研究了该新设备的阻力性能.利用直径为0.250 m的实验设备,测定了其压降与进口气速的关系,考察了不同结构和操作条件对其阻力性能的影...     

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。     

排气管偏置分离器分离性能的数值模拟

采用雷诺应力模型（Reynolds stress model,RSM）对旋风分离器排气管中置和偏置时的气相流场进行了数值模拟,并用拉格朗日法模拟了分离器内颗粒的运动轨迹。气相流场模拟结果与实验结果吻合得较好。结果表明：排气管偏置后,分离器内沿排气管偏置方向的切向速度有所提高,排气管下部短路流较小,颗粒离心运动更加强烈,提高了分离效率的同时压降变化不大,分离器经济性更好。     

E型旋风分离器流场的数值模拟和分离性能研究

采用数值模拟方法分析了旋风分离器内的上顶板附近的二次流特性,并与试验结果进行了比较,吻合较好。模拟了旋风分离器内的切向、轴向速度随入口气速变化的特性,并以此说明E型旋风分离器的流场结构特性。采用DPM方法分析了旋风分离器的入口速度、粉尘浓度和排气口直径对其效率的影响,模拟结果与试验测定值变化趋势一致。     

高压下多管旋风分离器压降模型

为了准确预测和计算天然气输气管线用旋风分离器的压降,在归纳常压下单管和多管旋风分离器的压降计算公式,以及现场测量高压下多管旋风分离器的压降基础上,建立了高压下多管旋风分离器的压降计算模型。利用实验验证压降模型的可靠性,实验结果表明,常压下单管、多管旋风分离器和高压下多管旋风分离器的压降计算模型都能准确地计算出对应旋风分离器的压降值,计算值与测量值之间的误差较小。因此,利用建立的高压下多管旋风分离器压降计算模型能够准确地计算出不同压力和温度下多管旋风分离器的压降值,从而为天然气用旋风分离器的选型提供技术支持。     

圆柱段高度对Stairmand型旋风分离器性能的影响

利用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对不同高度圆柱段的4种Stairmand型旋风分离器模型(A1、A2、A3、A4)进行了流场、压降和分离效率的计算分析。结果表明:增加圆柱段高度,压降显著降低,收集效率略有提高;在入口速度为18m/s条件下,与模型A1相比模型A2、A3、A4的压降分别降低了约8. 35%、18. 63%、35. 33%,分离效率分别提高了约4. 9%、2. 6%、4. 1%;同时表明了旋风分离器以其设计入口速度稳定运行的重要性。     

旋风分离器结构优化实验研究

为了在降低旋风分离器压降的同时维持较高的分离效率,设计了一种新型旋风分离器。采用弧形导流板分隔进气的入口结构、渐扩型排气的出口结构、加长型的筒体和锥体的结构,有锥顶过渡段的灰斗结构,并匹配了合理的尺寸。为了验证新型分离器的性能,将新型结构的旋风分离器与基准PV型分离器进行了并联对比实验。以空气为实验介质,实验粉料为滑石粉,在入口气速为14. 2～21. 2 m/s、入口含尘浓度为0. 01 kg/m~3时,同时测量了新型分离器与PV型分离器的效率和压降。对比实验结果表明,相对于基准PV型分离器,新型旋风分离器的平均压降降低了21. 91%,且分离效率基本保持不变。     

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%.     

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%。     

旋风分离器在结构上的改进

在旋风分离器的排气管处增加二次流,通过控制二次流的大小及进风方向达到改变旋风分离器内部流场分布,从而减少上灰环和短路流的产生,提高了对微细粉尘的分离能力。     

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.     

循环旋风分离器内流场的数值模拟

采用CFD模拟软件Fluent6．2提供的雷诺应力模型（RSM）对循环旋风分离器内的流场进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验结果基本吻合。结果表明,循环旋风分离器特殊的流路设计,提高了内部流场的对称性,规整了气流,减少了紊流的产生,降低了设备的压降。时局部涡的分析,为进一步了解循环旋风分离器的分离机制和优化结构提供了参考依据。     

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%。     

旋风分离器进气管角度对其分离效率和流场分布模拟的影响

选用RNG k-ε模型,对旋风分离器内部流场进行了模拟分析,比较了进气管相对筒体在不同偏转角度下对旋风分离器分离效率和压力场分布的影响。将模拟结果与给定条件下旋风实际性能需要进行对比,结果表明:入口管的偏转角度在0°~10°之间将可能实现其分离效率和压降综合性能的最优化。     

EII型多管旋风分离器分离性能的试验研究

为了系统评价EII型旋风分离器的分离性能,探究了入口气速为6～20.5m/s,入口颗粒质量浓度为8.6～17.5g/m~3时,多管旋风分离器的分离效率和压降。结果表明:多管旋风分离器的分离效率随入口气速和入口颗粒质量浓度的增大而出现先升高后下降的趋势,多管旋风分离器的压降随入口气速的增大而增大。在相同实验条件下,与单个旋风子相比,多管旋风分离器的压降升高幅度为20%～25%,分离效率下降不大于2%,具有很好的细粉尘捕集能力。     

蜗壳式旋风分离器气相流场的数值模拟

采用FLUENT软件提供的RSM模型对蜗壳式旋风分离器内气相流场进行数值模拟,并与用五孔球探针测试的流场进行比较.结果表明,当设置合适的边界条件,RSM模型对蜗壳式旋风分离器的压力分布和速度分布有着良好的预测精度.对比实验和模拟的结果分析,蜗壳式旋风分离器内部存在二次涡现象,并分析研究进口区域附近流场的非轴对称性.     

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。     

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。