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。     

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.     

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。     

旋风分离器出口边界条件对其流场模拟的影响

研究比较了不同的出口边界条件对旋风分离器内流场CFD模拟结果的影响.模拟结果同LDV试验测量值的对比表明:采用充分发展出口边界条件进行模拟所得的流场在旋风分离器的升气管、内旋流部分与LDV测量结果相比存在一定的误差,而压力出口边界条件模拟的流场更接近于LDV测量值.因此,进行旋风分离器流场模拟时,应用压力出口边界条件得到的计算结果更为精确.     

防返混圆台对旋风分离器性能的影响

针对灰斗的返混现象,研究防返混圆台位置及其底面积对旋风分离器性能的影响。利用有限元软件分析了返混圆台的位置和圆台底面积变化对旋风分离器的速度流场、压降和切割粒径的影响情况。结果表明:防返混圆台位置从高到底,相对应压降逐渐降低,切割粒径逐渐增大;其对筒体段内部流场的切向速度和轴向速度影响较小,但对灰斗内的速度流场影响较大,随防返混圆台底面积逐渐变小,灰斗内的切向速度和轴向速度逐渐变大,相对应压降和切割粒径逐渐减小。增加了防返混圆台,使灰斗内的切向速度和轴向速度都减小,有利于抑制返混现象。     

排气管外延伸长度对旋风分离器性能的影响

采用数值模拟方法分析了不同排气管外延伸长度下旋风分离器流场和性能的变化,对比分析了5组不同排气管外延伸长度下的静压、速度图像和10组不同排气管外延伸长度下的压降、切割粒径变化情况.结果表明,不同排气管外延伸长度对旋风分离器切向速度影响不大,排气管外延伸长度过短时,受亚临界流影响轴向速度出现第3峰,而随排气管外延伸长度增大逐渐消失;旋风分离器内压降开始随排气管外延伸长度增大而减小,之后逐渐微升,最大变化率为8%;旋风分离器切割粒径在一定范围内随排气管外延伸长度先升高,然后降至最小,再逐渐增大,最大变化率为23.3%.表明排气管外延伸长度变化,在一定程度上对旋风分离器的分离性能有影响.     

旋风管分离器流场模拟研究

旋风管作为多管式旋风分离器的主要元件,已经成为气固两相分离的重要研究对象,主要用于处理气量较大且对分离效率要求较高的工况。本文采用大涡模拟的方法考察了分离器内切向与轴向速度分布形态的影响。模拟结果表明：在一定程度上加长排气管的插入深度对分离效率的提升是有益的;旋风管筒体太长对分离效率的提高作用不大;增大排气管直径有助于降低降压。     

电晕极的结构对静电旋风分离器性能的影响

通过对特定的旋风子进行实验,对静电旋风分离器中电晕极合理结构进行了探讨,实验结果表明:电晕极根数太多会引起“电晕屏蔽”,电晕极为8根时较16根时分离效率略高;电晕极靠近外筒壁尽管会导致下行流区切向速度有所降低,但此时更有利于电场力对微细粉尘的分离,总的效果使静电旋风分离器的分离效率有所提高。     

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。     

基于Muschelknautz模型的旋风分离器分离性能分析

基于旋风分离器设计计算的Muschelknautz模型和工业现场回转窑窑尾排放烟尘粒径数据,从理论角度分析了旋风分离器设备本体结构、气流入口截面尺寸及气流温度等因素对气固分离效率所产生的影响。综合施工周期、施工难度等因素,采取将入口截面积缩小39%,优化流道结构来消除紊流等改造措施,最终将旋风分离器收尘效率提高10%以上,同时出口烟尘颗粒累积分布粒度降低10.00μm以上,达到了预期效果。     

旋风分离器的内部流场模拟分析

以旋风分离器内部流场模拟分析为基础,分别对1、30、100μm三种不同粒径的煤粉与滑石粉在分离器中的颗粒轨迹做了分析,首先得出其内部流场速度方向及大小的分布规律,从内部气流走势上看,分离器具有不对称性;从速度矢量图颜色上看,在分离器中心部分的气流具有强烈旋转,气流在壁面附近的位置速度快速降低。再得出不同粒径颗粒在分离器中的轨迹分布规律。为进一步的研究及改进旋风分离器的性能有参考意义。     

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     

基于防磨结构的旋风分离器性能优化

基于气固两相流和冲蚀理论对常规Stairmand旋风分离器和防磨型旋风分离器冲蚀规律进行了研究. 结果表明,对常规旋风分离器,其壁面冲蚀磨损速率从筒体顶端向下逐渐减小,在筒体L1/H1=0.8以下区域,磨损速率基本保持不变;在L1/H1=0.8以上区域,冲蚀磨损呈增大趋势,最大为2.3′10-6 kg/(m2×s);在锥体L2/H2=0.35以下区域,冲蚀速率逐渐减小;而在L2/H2=0.35以上区域呈逐渐增大趋势,在锥体顶端达最大值2.0′10-7 kg/(m2×s). 对防磨型旋风分离器,在筒体L1/H1=0.8以上区域,壁面最大冲蚀速率为0.5′10-6 kg/(m2×s),远小于常规旋风分离器. 在锥体从锥底向上冲蚀速率逐渐减小,在锥体顶端为0.4′10-7 kg/(m2×s),小于常规旋风分离器. 在小粒径范围内,分离效率随粒径增加而基本呈线性递增趋势. 粒径大于4 mm时,防磨型旋风分离器具有较高的分离效率. 压降随防磨板高度增加逐渐减小. A3型防磨分离器压降为360 Pa,小于常规分离器压降550 Pa. 为了降低旋风分离器壁面的冲蚀磨损,减少出口压降损失,粒径大于4 mm时,可选择最合理的B1型防磨分离器提高旋风分离器的防磨性能,从而延长使用寿命.     

排气管对旋风分离器轴向速度分布形态影响的数值模拟

采用数值模拟考察了排气管直径及结构对旋风分离器内轴向速度分布形态的影响。结果表明,改变排气管直径可使旋风分离器内轴向速度径向分布出现倒V形和M形两种不同的形态。排气管直径由小到大,轴向速度径向分布逐渐由倒V形转变为M形,轴向速度滞流最先产生于排气管内并不断向分离器下部空间扩展,排气管直径大到一定程度,轴向速度滞流甚至扩展至整个分离器空间。滞流区的径向范围亦随排气管直径的增大而增大;同时分离器中心轴向速度不断减小,滞流程度增加,甚至出现倒流。排气管下端扩口或缩口均可影响轴向速度的分布形态。上述轴向速度的分布形态与压力的轴向梯度相关,当排气管内能耗在总能耗中所占比例较小时,分离器中心压力的轴向梯度为正,从而使轴向速度产生滞流。     

升气管插入深度对旋风分离器流场影响的数值模拟

基于计算流体动力学（Computationalfluiddynamic,CFD）的数值模拟方法,在FLUENT软件平台上,应用大涡（LES）模型模拟了升气管插人深度对旋风分离内部流场的影响。计算结果表明,升气管的插入深度对旋风分离器的流场有很大的影响,随着插入深度的增加,切向速度会减小。本次模拟中还出现了旋涡端部的现象,且随着升气管插入深度的增加,旋涡端部的位置也随着下降,这能够增大分离空间,有利于分离。     

排气管偏置对传统上排气旋风分离器性能影响研究

以35t/h抛煤机炉节能环保改造项目为依托,采用实验和数值模拟的方法研究了采用排气管偏置方法对传统分离器的性能影响。实验结果表明,排气管在90°～270°方向偏置0.1～0.14,分离效率上升大约3%,阻力基本不变;排气管在180°～270°方向偏置0.25～0.33,分离效率降低大约5%,阻力降低约38%。数值模拟的结果从压力分布的角度深入解释了实验的结论。     

顺流式旋风分离器的分离性能研究

采用冷态对比实验研究从灰斗引出排气管的新型顺流式旋风分离器的分离性能。试验考察了导流体直径、导流体长度、导流体-排气管口距离、排气口直径等结构因素对分离性能的影响以及不同入口气速条件下的分离性能。研究结果为该类型旋风分离器的优化设计提供了依据。     

旋风分离器分离效率数值模拟研究

求解旋风分离器内部流场分布以及揭示分离性能的影响因素具有重要意义。对旋风分离器内部流场建立数学描述,运用数值计算方法对其进行求解,进一步得到分离效率的影响因素。计算结果表明,固相颗粒的入口浓度愈大、速度愈大,分离效率愈高;固相颗粒粒径愈大,分离效率愈高;分离器排气管直径愈小、筒体直径愈小,分离效率愈高。