旋风分离器壁面磨损的数值分析

为了分析旋风分离器壁面磨损问题,基于计算流体力学的方法,应用Fluent软件中的雷诺应力模型(气相)和离散相模型(固相),通过对旋风分离器内气固两相流场的耦合计算,对分离器流场中颗粒浓度分布和气固两相流场对壁面的磨损进行了数值模拟,并对计算结果和磨损原因进行了分析。结果表明:数值计算能够定性的预测旋风分离器壁面的磨损情况,能得出壁面磨损的主要部位即入口区域、锥体下部、灰斗以及料腿的上部等,同时也得出了壁面磨损的分布云图,这些对旋风分离器的设计、壁面磨损的分析和防磨措施的提出具有一定的参考价值。     

旋风分离器内颗粒浓度分布特性的数值分析

采用改进的雷诺应力模型和分散的颗粒随机轨道模型,并利用单元内颗粒源法对旋风分离器内的颗粒浓度分布进行数值模拟,与试验结果对比表明两者吻合较好,有较高的预报精度。数值模拟结果表明,旋风分离器外壁的颗粒浓度呈螺旋带状分布,且螺旋灰带以一定的频率上下窜动,在环形空间和灰斗的顶板下方存在顶灰环,且顶灰环不均匀,具有显著的非对称性;在分离空间下部排尘口附近有明显的颗粒返混,范围在排尘口上方约1.5 D (筒体直径)以内,排尘口上方的强旋流动对颗粒有显著的二次分离作用。讨论粒径(3～23 μm)、工作温度(20～ 1 000 ℃)、入口含尘浓度(0.03～10 kg/m3)和进气速度(12～30 m/s)对颗粒浓度分布特性的影响规律。     

不同结构参数下旋风分离器气相流场的数值研究

采用商用CFD软件FLUENT对直切式旋风分离器内气相流场进行了数值研究,计算值和五孔球探针的测量值吻合较好.在此基础上,研究了结构参数对气相流场的影响.结果表明,减小入口面积比KA、排气管直径比dr和排尘口直径比dc,均可使旋风分离器内的切向速度增大;但同时压降增大.CFD数值模拟方法可以很好地预测旋风分离器结构尺寸变化对内部流场的影响.     

排气管内置壁面厚度对旋风分离器性能的影响

针对旋风分离器的排气管内置壁面厚度对其流场和分离性能的影响。采用数值试验模拟分析了旋风分离器的对应于7组不同排气管内置壁面厚度下的速度云图、压降值、切割粒径以及速度矢量的变化情况。结果表明,随排气管内置壁面厚度的逐渐增大,其筒体段和锥体段的整体切向速度依次减小,在筒体段下半部分和锥体段,当内置壁面厚度大于等于0.1D时,中心位置存在二次涡流现象且对其分离效率会产生负影响;随排气管内置壁面厚度的增加,整体轴向速度基本依次增大;随排气管内置壁面厚度的增加,压降值依次减少,切割粒径先略微减少然后一直增大,壁面厚度为0.025D时,其分离效率为最优;随排气管壁面厚度的增加,在排气管内置壁面的正下方,逐渐形成涡旋,并且涡旋强度逐渐增大。忽略旋风分离器排气管内置壁面厚度变化,会造成性能预测和数值模拟上的偏差。     

基于回归正交试验的旋风分离器结构优化研究

针对旋风分离器多结构参数变化,选取影响旋风分离器性能较大的4个结构参数作为优化变量:圆柱体高度H/D、排气管直径d/D、排气管插入深度h/D、锥体高度He/D。以回归正交试验法为实验方案,做36组仿真模拟实验。采用湍流计算的雷诺应力模型(RSM)进行气固两相流场数值模拟,并用拉格朗日法追踪固体颗粒的运动轨迹;在此基础上分别建立了旋风分离器压降和分离效率对其结构参数的回归数学模型;根据回归数学模型针对结构参数对旋风分离器的压降和分离效率的影响程度进行了分析,得出影响压降的最主要因素是升气管直径(随着升气管直径增大压降显著减小)、影响分离效率的最主要因素是升气管直径和锥体段高度。     

入口高宽比对旋风分离器壁面冲蚀的影响

运用CFD数值计算方法,在不同入口高宽比下,通过雷诺应力模型对分离器速度场进行研究,在拉格朗日坐标系下对粒子轨迹进行追踪,并对壁面磨损进行了对比分析。结果表明:分离空间切向速度峰值和中心区域的速度波动都与高宽比成正比,过大的高宽比也会加剧涡核摆动强度,加剧锥体底部的冲蚀磨损。中间粒径颗粒的入射位置对顶灰环的形成有一定影响,靠近入口下方入射时,颗粒更容易进入灰斗,而在入口上部入射时,容易在分离空间顶端聚集,加重顶部区域的磨损。在磨损方面,筒体部分的冲蚀速率都是从分离空间顶端向下渐渐变小,且随着高宽比的增大最大冲蚀速率逐渐变大。锥体壁面的冲蚀磨损速率沿着轴向向下都出现逐渐增大的趋势。因此,为了兼顾较小的壁面磨损和更好的工艺性能,因选择合适的高宽比。     

基于颗粒受力的旋风分离器冲蚀机理的研究

为了对旋风分离器壁面冲蚀磨损机理进行研究,采用RSM模型和DPM模型对分离器内部气相流场和颗粒运动规律进行双向耦合瞬态求解,并运用自定义函数对失效壁面颗粒的受力进行研究。结果表明:常规旋风分离器中容易失效的部位主要是顶部区域顶面以下25 mm范围内的入口目标区域,筒体部分的局部穿孔以及灰斗底部的冲蚀磨穿。该区域呈现出明显的固体颗粒聚集的现象,从单颗粒的受力分析得出,中间粒径颗粒和大粒径颗粒在筒体顶端和锥体底部的受力平衡是导致灰带出现的主要原因,从而加剧了顶部和灰斗区域的冲蚀磨损。     

两种不同入口形式的旋风分离器内流动分布的对比研究

采用试验测量与数值模拟相结合的方法对直切式和蜗壳式旋风分离器内气相流动的三维流场进行了对比研究.雷诺应力湍流模型对流场的计算结果与五孔球探针的测量结果基本相符.研究结果表明:蜗壳式与直切式分离器内的流场均呈现非对称性,涡壳式分离器内的流场相对较对称;蜗壳式和直切式分离器入口环形空间顶部的滞留层厚度分别为4mm和10mm,蜗壳式分离器环形空间最大速度出现在180°附近,直切式在45°附近.蜗壳式进口更适宜造旋,分离空间内切向速度比直切式大,气流旋转强度高.直切式分离器的排尘口处旋转气流的摆动幅度更大,容易产生返混夹带,从而影响分离效率.     

基于CFD-PBM积分矩量法旋风分离器中颗粒聚团的数值模拟

为了得到颗粒聚团对旋风分离器分离性能的影响,在不同入口颗粒浓度与入口气速下研究其对分离效率的影响。采用雷诺应力模型(RSM)计算湍流流场,通过群体平衡模型(PBM)耦合CFD对颗粒相进行数值计算。研究结果表明:时间为2 s时,旋风分离器内的聚团作用已经趋于稳定,颗粒粒径在1.5μm到3μm范围的颗粒在旋风分离器内基本无法被捕集,而粒径大于5μm的颗粒其分离效率接近于100%;随着入口颗粒浓度的增加,总体分离效率增加,而增加入口气体速度,对分离效率的影响并不是很大。     

基于CFD的旋风分离器的结构优化设计

应用计算流体力学软件FLUENT对旋风分离器进行三维气固两相流场的数值模拟。根据不同结构参数(排气管直径、排气管插入深度以及锥体和筒体的相对尺寸)的旋风分离器内部流场模拟结果,分析了不同参数对分离效率和压降的影响,得到旋风分离器的最优结构参数,并对最优结构参数的旋风分离器动、静压力和三维速度进行数值模拟和分析。     

PV-E型旋风分离器性能试验研究

在PV型旋风分离器流场和浓度测定的基础上，分析了影响分离性能的主要因素。通过采用分流型排气管、预排尘结构以及优化高径比等措施，开发出了一种压降更低、效率更高的PV—E型旋风分离器。冷态试验结果表明，与PV型旋风分离器相比，PV—E型旋风分离器的出口浓度和压降分别降低约10％和20％。PV—E型旋风分离器的优良性能也得到了放大试验和实际应用的证实。     

A study on the optimal design of a cyclone system for vacuum cleaner with the consideration of house dust

Cyclone, a type of particle collector widely used in the field of ambient sampling and industrial particulate control, is the principal type of gas-solids separator that use a centrifugal force. The goal of this study is to transform conventional cyclone into a new type of cyclone that can be used for the household vacuum cleaners. To meet the goal, first, the analysis about local environment and dust is carried out. Second, it must have enough high-efficiency not to reduce suction power due to clogging of exhaust filter unit. Two single cyclones with central-hopper-dust-outlet and side-wall-dust-outlet and a twin cyclone are designed and fabricated to evaluate, and compare, their dust collection efficiencies and pressure drops. The measurements of separation efficiency for dust by using DMT test dust type 08 are carried out. House dust experiment is additionally performed to check the local matters applicability such as tissue papers, fur and hairs. The collection efficiency of the twin cyclone is found to be 3–6% greater than those of two single cyclones with the same body diameter, inlet and inner cylinder diameter. Twin cyclone with a large body diameter, a small inner cylinder diameter, a short inner cylinder, a narrow inlet has high separation efficiency. This result indicates the possibility of achieving higher collection efficiencies with a twin cyclone.     

切流式双入口气液旋流分离器内的流动分析

针对切流式双入口气液旋流分离器的内部流动特征,利用Fluent软件进行计算分析,重点对分离器内部流动状态及湍流度进行分析,并考察入口流速对主要分离空间流动参数的影响。结果表明,切流式气液分离器内主要分离空间呈明显的组合涡分布,并且轴向零速包络面呈明显柱形,但分离器入口处能耗较大,排气管入口附近紊流现象严重,当入口流速增大时尤为明显。计算结果对气液旋流分离器的结构优化与性能预测具有指导意义。     

直流式旋风分离器参数优化仿真与试验

为了在产品方案设计阶段验证直流式旋风分离器性能,利用罗辛-拉姆特函数对试验粉尘(ISO 12103-A4)粒径分布进行拟合。利用Fluent软件对直流式旋风分离器进行性能仿真,为满足分离效率不低于85%,降低流阻的需求,利用Optislang软件对旋风分离器结构参数进行优化,结果表明:粉尘平均粒径为42.27 μm,粒径分布指数1.126;分离器入口粉尘浓度由1%增至5%,分离效率不变,流阻由31.09 kPa增大至31.45 kPa;旋流叶片螺距对流阻敏感度为99.7%,对分离效率敏感度为94.3%,旋流叶片长度对流阻不敏感但对分离效率有5.8%的敏感度;通过匹配旋流叶片螺距及叶片长度,实现流阻由31.09 kPa降到12.12 kPa,分离效率仅降低4.01%。
     

催化裂化装置旋风分离器失效原因分析

针对催化裂化装置旋风分离器普遍存在的由于器壁开裂、冲刷穿孔等失效的现象,通过对其工作环境、工作特点、制造选用的材料进行分析,为旋风分离器的动态分析及设计制造提供参考。     

基于平衡轨道模型和CFD的旋风分离器除尘特性分析

运用平衡轨道模型(Barth模型)和计算流体力学仿真分析技术(CFD),对全吸式干湿两用扫路车用旋风分离器的除尘性能进行了理论计算和仿真分析.主要从旋风分离器的除尘效率方面,对其初姑设计方案进行了评价.通过相关的理论模型计算,得到了该型旋风分离器的分级效率曲线.通过数值仿真分析,得到了不同粒径的颗粒在旋风分离器内部的停...     

喉管直径对旋风分离器性能影响的仿真研究

采用数值模拟方法研究了在普通Lapple型(d/D=0.5)旋风分离器气流出口处外加不同直径的喉管结构对于其流场及性能的影响.采用雷诺应力模型(RSM)模拟旋风分离器内的各向异性湍流,同时采用拉格朗日颗粒追踪(LPT)模型计算颗粒运动.结果表明,喉管直径能有效控制内旋涡的大小,从而影响旋风分离器的性能.随着喉管直径减小...     

高压天然气田用旋风分离器内流场的数值模拟

对高压天然气田旋风分离器的内流场进行三维稳态数值模拟。将不同压力下的旋风分离器的内部流场进行对比,结果表明,压力对旋风分离器的轴向速度和径向速度的影响很小,但是对切向速度影响较大。旋风分离器的压降随着压力的增大而增大,基本成线性关系。在高压条件下,排气管的直径和入口面积对旋风分离器内流场速度的影响是比较有规律的。