旋流气固分离器内气粒两相运动特性及分离效率

基于旋转气固多相流复杂的运动特征,结合旋流气固分离器的特点,同时考虑颗粒间的碰撞与并聚和喷水加湿对颗粒间并聚及碰撞、颗粒运动特性的影响,并考虑颗粒对气相的作用构建了描述旋流气固分离器内湍流气固多相流的三维时均方程组.模型封闭采用κ-ε/ RNG模型,数值模拟了旋流气固分离器内气固两相流场、固相运动特性及分离效率,提出了合理的旋流气固分离器分离效率计算关联式.     

用RNG κ-ε模型数值模拟喷旋分解炉内的湍流流动

采用重整化群双方程模型对喷旋结合型分解炉内湍流流动进行了数值模拟，与现场结果相比较分析了炉内气体的运动和湍流特性的规律和特点。研究表明：由于分解炉的下部缩口区域的存在，气流经过此区域时流动面积突增，成喷射状。在带有旋流三次风与窑尾烟气共同作用下，在三次风进口相对的一侧出现高速区（其最高速度达到35．34m/s），同时在分解炉三次风进口一侧的下锥体上部和柱体附近沿壁面处出现负的速度分布，形成环状涡流区。     

Shell型旋风管内气相流场的数值模拟

应用Fluent软件中的雷诺应力输运模型(RSM)对shell型旋风管内的三维强旋湍流气相流场进行了数值计算。计算值与实验值对比结果表明,二者吻合较好,验证了数值模拟的可靠性。通过数值计算,分析了排气管附近的短路流以及排尘口处的颗粒夹带返混现象。     

SK型静态混合器切割区内速度混沌特性

为揭示SK型静态混合器内非稳态流动特性,利用激光多普勒粒子分析仪对直径为0.04m、长径比为1.25的SK型静态混合器的切割区瞬时流场进行测量。采用功率谱和最大Lyapunov指数识别混合器内瞬时速度时间序列的混沌特性,利用湍流高阶矩参数分析混沌运动的统计特征。实验结果表明:SK型静态混合器切割区速度波动时间序列具有混沌特性;功率谱函数随频率的增加呈幂函数衰减,瞬时速度脉动主要能量集中在31.25Hz以下;湍流高阶矩分布揭示了切割区内的速度脉动存在非线性拟序结构,混沌运动的概率密度函数偏离高斯分布。     

导叶式旋风管内颗粒分离模型的研究

在气固两相流的实验研究基础上,结合旋风管结构特点,将旋风管内分离空间分为5个区域,并考虑颗粒湍流扩散及灰斗返混夹带的影响,建立了颗粒分离模型.所提出的分离模型对分离效率的预测值与实测值比较吻合,而且对不同的操作条件适应性强.     

用RNGk-ε模型数值模拟喷旋分解炉内的湍流流动

(武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室,湖北武汉430070)摘要:采用重整化群双方程模型对喷旋结合型分解炉内湍流流动进行了数值模拟,与现场结果相比较分析了炉内气体的运动和湍流特性的规律和特点。研究表明:由于分解炉的下部缩口区域的存在,气流经过此区域时流动面积突增,成喷射状。在带有旋流三次风与窑尾烟气共同作用下,在三次风进口相对的一侧出现高速区(其最高速度达到35.34m/s),同时在分解炉三次风进口一侧的下锥体上部和柱体附近沿壁面处出现负的速度分布,形成环状涡流区。     

双喷嘴水平对置撞击流混合器内湍流流动及混沌特性

应用激光多普勒测速系统, 对双喷嘴水平对置撞击流混合器内的速度场进行测量, 并且分别采用湍流理论和混沌理论对所测得的瞬时速度场进行分析, 研究其瞬时速度场内湍流特性参数(速度脉动均方根、湍流强度和湍动能)以及混沌吸引子的特征参数(关联维、Kolmogorov熵和最大Lyapunov), 得出该参数随喷嘴间距变化和进口雷诺数变化的分布情况, 并且得到有利于提高混合器内微观混合效果的最优工况。通过混沌分析得到双喷嘴水平对置撞击流混合器的瞬时速度场具有混沌特征和分形特性。研究结果表明:流场内的湍流参数和混沌参数均与进口雷诺数呈正相关关系, 但是两参数却随着喷嘴间距的增加, 呈先增加后减小的变化趋势, 从而可以得到在实验考察范围内L=3d为最合适的喷嘴间距。     

湍流作用下文丘里管反应器空化泡的动力学特性

在综合考虑液体粘性、表面张力、液体可压缩性以及湍流作用等情况下,运用四阶Runge-Kutta法对空泡径向非线性方程求解,得到文丘里管反应器内空泡的成长与溃灭特性,分析了湍流作用、空化泡初始半径、喉径比以及入口压力对空化泡运动特性及其所形成压力脉冲的影响规律.结果表明反应器合适的结构参数和摄作参数有利于提高空化强度.     

搅拌反应器中湍流微结构的研究

对搅拌槽的湍流特性进行了实验研究,以水为工作流体。测试仪器为迪沙热膜流速仪。所测湍流参数有时均速度,脉动速度和频谱。考察了不同尺寸(φ300～600)槽中搅拌的功率消耗,湍流参数在空间的分布,以及转速,叶片宽度对湍流参数的影响,并比较了六叶、六棒涡轮桨的湍流性能。对叶轮流区和循环流区的流动特征进行了分析,叶轮流区是非各向同性的,而循环流区近似是各向同性的。循环流区的脉动速度可表示为     

管式布风装置对流化床焚烧炉内流化特性的影响

数值模拟了管式布风装置对流化床内气体和颗粒流动特性的影响,获得了床内气体和颗粒瞬时和时均速度及颗粒体积份额分布. 计算结果表明,床内颗粒宏观流动呈现床中心区域为上升流动、壁面区域为下降流动的内循环流动. 分析了风管小孔风速和颗粒直径对床内流化的影响. 计算结果表明,保证床内颗粒和气体良好流化和混合特性的最佳布风管相对距离应在1.5~1.75之间.     

旋风管不同排尘结构内流场及颗粒浓度场分析

采用智能型五孔球探针测试技术及等动采样方法，对两种新型旋风管排尘结构内的流场及颗粒浓度场进行测量。通过大量实验，发现在双锥内部存在的二次流及涡流使得颗粒分布呈现横向返混状态，这不利于颗粒的分离，对单锥与双锥两种不同排尘结构内的流场及颗粒浓度场分布特点进行了对比研究，为进一步优化旋风管排尘结构，提高分离性能奠定了实验基础。     

蜗壳式旋风分离器内的湍流特性(Ⅰ)分离空间

采用激光多普勒测速系统测试了蜗壳式旋风分离器内的流场,分析了最主要的分离空间内湍流特性.内旋流区、排尘口附近、近壁处以及上下行流交界点和内外旋流交界点等处的湍流度变化非常剧烈,而且数值上也大得多.比较轴向和切向湍流度得知表明分离空间的湍流是各向异性的.Reynolds应力值在内旋流区大于外旋流区,而且在排尘口附近、排气管下口附近都有陡增,湍流黏性系数也反映了这个特点.     

蜗壳式旋风分离器全空间三维时均流场的结构

采用激光多普勒测速系统（LDV）对蜗壳式旋风分离器全空间内三维湍流的时均流场进行了实验测定与分析,重点讨论了灰斗、环形空间和排气管的流场特点.分离空间内时均流场是外侧准自由涡与内侧准强制涡的典型结构.环形空间的入口部位有多个纵向二次涡,其他大部分空间顶部出现纵向二次环流,切向速度和径向速度的分布呈现非轴对称性,入口气量沿高度分布不均匀.灰斗的顶部也存在纵向二次环流.排气管内轴向速度分布与分离空间内的分布形态迥异.     

蜗壳式旋风分离器内部流场空间的涡分析

为了研究旋风分离器内部空间涡的特性,采用改进的RNG k-ε模型对单入口蜗壳式旋风分离器进行气相流场数值模拟。同时,引入Q判据识别涡的结构,并做出三维涡等值面,使空间涡的结构更加直观和具体;结果表明,利用Q判据做出的涡等值面在筒体上部区域等效直径较大,沿轴线向下,涡面等效直径逐渐减小,表明涡携带能量逐渐衰减;涡等值面并不是绕中心轴线呈规则圆周分布,而是扭曲的。在边壁处,因摩擦阻力存在,涡量急剧变小,涡的能量损失加剧。此外,涡核中心偏离几何中心的变化趋势,呈现先增大后逐渐减小直至较为平稳的过程,在此过程中,涡迅速发展,甚至破裂,产生动能损失。因此,提高涡结构的平衡,有利于改善旋流的不稳定性,降低能量损失,从而提高分离效率。     

分流型芯管开缝结构对导叶式旋风管分离性能的影响

通过改变分流型芯管开缝面积比和开缝位置研究了开缝结构对旋风管压降和不同粒径颗粒分离效率的影响.结果表明,侧壁开缝的分流型芯管能够有效地降低旋风管的压降并且提高不同粒径颗粒的分离效率;随着开缝面积比增大,旋风管压降降低,开缝面积比为3.0使5μm以上颗粒分离效率最高;分流型芯管下部开缝能够提高旋风管的操作弹性.     

分流型芯管对导叶式旋风管内颗粒逃逸的控制

Experimental and computational fluid dynamics was used in this study to predict the escape particles and evaluate the performance of PSC type cyclone tube with slotted vortex finder.The simulation results showed that the PSC type cyclone tube could remove the particles with a diameter greater than 5 μm.The PSC type cyclone tube increased the grade efficiency of particles with a diameter greater than 2 μm as compared with the Shell type cyclone tube.Short circuit flow occurred around the vortex finder slots and there was almost no short circuit flow under the vortex finder inlet.Most small particles escaped from vortex finder slots of the PSC type cyclone tube.The slotted vortex finder could develop “upwards flow” near the vortex finder inlet outside wall and control the escape particles under the vortex finder inlet.The force analysis of particles near the slotted vortex finder slots showed that gas flow carried the particles with a diameter smaller than 3 μm out the separator.     

旋风分离器入口结构改进及其对“短路流量”的影响

常规切向进口旋风分离器的气流进入旋风分离器后必定要经过排气芯管外壁和筒体内壁之间,因此不可避免会使得相当一部分气流没有经过分离空间而直接从排气芯管底部排出(短路流量),这也是影响旋风分离器分离效率的重要因素之一。在前人工作的基础上,对旋风分离器的进口结构进行了改进:使得旋风分离器的入口具有一定截面角,并借助数值计算技术,分别对传统的和具有一定入口截面角旋风分离器内的三维流场进行了数值模拟,计算了芯管底部的"短路流量",结果表明:进口具有一定截面角可以明显减小芯管底部的"短路流量",这对改善旋风分离器的分离效率具有重要的实际意义。     

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。     

CFB用旋风分离器内气相流场的数值研究

采用RSM非稳态湍流模型对循环流化床锅炉用旋风分离器内气相流场进行了数值模拟。计算值与实验值比较吻合。数值计算的结果表明:排气管下口存在明显的短路流,排尘口附近存在明显的返混现象;排气管直径增加,分离空间切向速度值降低,上行流轴向速度减小。用CFD方法计算的旋风分离器内流场可为高效CFB锅炉用旋风分离器的设计提供参考依据。     

Study of the gas circulation patterns in a uniflow cyclone

A uniflow cyclone is being studied to achieve the separation of hot solids from the gaseous products of ultra-rapid fluidized (URF) processes. An experimental method with hot wire probes was developed to study the gas flow around the gas outlet, where the solids exit. The vortex penetration in the solids exit could be determined. The presence of solids greatly reduced the vortex penetration in the uniflow cyclone. Restricting gas circulation around the gas outlet dramatically impaired the cyclone collection efficiency. Therefore, good cyclone performance requires a proper design below the gas outlet.