细颗粒分级复合型水力旋流器结构及工艺参数的优化研究

Ca(OH)_2提纯是实现电石渣制备石灰石的关键环节,通过复合型水力旋流器对电石渣细颗粒分级,其结构参数和工艺参数,以及颗粒的物性参数直接决定Ca(OH)_2的提纯效果。基于RSM模型和混合多相流模型,对复合型水力旋流器的流场进行数值模拟,分析旋转栅结构对流场的影响;同时在平衡轨道理论的基础上,建立复合型水力旋流器的分离粒径预测模型,根据电石渣颗粒的基本特性,对复合型水力旋流器进行结构优化;制作试验样机,采用二次正交旋转组合试验设计,参考分级粒径、分离效率、处理量、分离精度、分股比5项分离指标,验证复合型水力旋流器的分离效果,确定最佳工艺参数。试验结果显示,在进料速度2.1 m/s,旋转栅转速1 205 r/min,进料质量浓度22%的操作条件下,综合分离效果最佳,此时分级粒径为70μm,分离效率达81.3%,处理量为406.7 kg/h;与静态水力旋流器对比结果表明,复合型水力旋流器在压力损耗和离心力场强度方面具有明显优势,而在颗粒的滞留时间方面处于劣势。     

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。     

螺旋式旋风分离器气-固两相流的数值模拟

借助FLUENT软件包,采用RSM模型,对螺旋式旋风分离器内气-固两相流场进行模拟分析。结果表明：内部流场较稳定;切向、轴向速度具有类对称性,在分离区呈螺线结构特性;压力损失较小,对粒径小于5μm的颗粒具有一定的分离能力。     

旋风分离器内置导流叶片的流场分析

旋风分离器是油气开采领域除砂的核心设备,为研究结构对分离效率的影响,新设计了一种内置的导流叶片,基于CFD采用fluent软件对新型旋风分离器进行流场分析。结果表明：内置导流叶片的旋风分离器切向速度最大值比传统Stairmand分离器有显著提升,径向速度小幅降低,轴向速度减小并延长颗粒停滞时间。入口风速为15m/s时压降提高了15%,随着入口风速的提高压降升高的幅度越来越小,在25m/s时,压降升高11%。针对粒径2.5μm以下颗粒的分离效率平均提高了11%～19%,该研究为旋风分离器后续设计提供一定的指导意义。     

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...     

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...     

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。     

喷油压缩机用旋风式油气分离器筒体尺寸设计方法

针对喷油压缩机系统用旋风式油气分离器筒体尺寸(直径和高度)设计基本依赖实际经验,缺乏理论依据的问题,提出了一种结合数值模拟的理论设计方法。通过理论计算可以得出设计分离器筒体直径的方法——依据切向速度关系曲线,通过选取合适的筒体直径而使外旋涡的平均切向速度大于临界切向速度。考虑到直筒形与筒锥形旋风分离器存在差异,借助数值模拟方法对理论计算的切向速度和有效分离高度进行了修正。建立了旋风式油气分离器的三维非稳态数值模型,其中气相流场采用RSM湍流模型,油滴运动轨迹采用离散相模型。计算了适用于额定工况下容积流量为6 m3/min、排气压力为0.8MPa(a)的空压机系统油气旋风分离器筒体尺寸,并计算分析了容积流量改变时(50%～100%)对分离器筒体尺寸的影响。最后经过数值模拟验证,结果表明所设计的分离器可对粒径为5μm以上的油滴完全分离。本方法适用于喷油压缩机系统中旋风式油气分离器的设计工作,也可以为其他场合应用旋风分离器作为设计指导。     

方形旋风分离器数值模拟研究

针对圆形旋风分离器空间利用率不高,安装后密封性能低等问题,提出一种柱锥式方形旋风分离器,并通过数值模拟对其流动特性、分离性能的影响机理进行研究。采用雷诺应力模型(RSM)和随机轨道模型(DPM),重点分析了该结构方形旋风分离器不同流量下流场压力分布和速度分布,及颗粒入射位置对颗粒运动轨迹的影响。结果表明:该结构旋风分离器流场特征与圆形旋风分离器近似,存在对分离性能有较大影响的二次流。在分离效果损失不大的情况下,在空间利用和安装排布上有明显优势。     

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。     

基于离散相模型的旋风分离器内部流场数值研究

针对旋风分离器内部流场的研究,采用数值模拟的方法模拟了分离器内固体颗粒的运动轨迹。通过分析不同粒径及入口速度对旋风分离器内固相颗粒运动轨迹的影响,探索了颗粒在旋风分离器中运动的物理机理,随后对旋风分离器的灰斗长度进行了优化。结果表明:颗粒在旋风分离器中运动轨迹比较复杂,且同时受到入口速度和粒子半径的影响,相同粒径颗粒在不同入口速度下运动轨迹不同,且小粒径颗粒较容易受到入口速度的影响,旋风分离器在标准灰斗长度下的分离效率及分离性能最好。模拟结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

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。     

基于Fluent的旋风分离器气固两相流数值模拟

旋风分离器内部流场较为复杂,属于典型的三维湍流强旋流场,具有非线性、时变性等特点,而颗粒在旋风分离器内的运动则更为复杂。应用Fluent软件来对旋风分离器内气固两相流进行数值模拟研究,以期能够更加深入、更加全面地认识旋风分离器内部流动规律,进而实现模拟与工业应用的良好结合。     

旋风分离器的气相流场的性能分析及数值模拟

采用CFD的专业软件FLUENT对旋风分离器的分离效率进行仿真计算。通过对旋风分离器内气相流场的模拟,观察其速度云图得出,在旋风分离器中心区域有一明显的气芯柱,且切向速度和轴向速度都具有较好的轴对称性;通过改变控制参数研究旋风分离器的分离效率,得出的结论是:当增大入口气体流量、提高颗粒相浓度将有利于提高旋风分离器的分离性能,粒径较大的颗粒分离效果较好。     

径向喷射规整旋流器内部流场研究

为了揭示径向喷射规整旋流器(RJC)的高效分离机理,在非稳态下采用雷诺应力模型(RSM)对其内部气相流场进行了数值模拟。与Stairmand型旋风分离器(SC)对比发现,RJC的流场更具有轴对称性,切向速度值更大,短路流量更小,更有利于细小颗粒的分离,但是RJC的压降较大。对比"圆柱"型内筒和"圆锥"型内筒2种情况下RJC的短路流量发现,内筒为"圆锥"时,RJC的短路流量更小。     

进口条件对旋风分离器性能影响研究

文中利用计算流体力学、连续相选用雷诺应力模型、离散相选用分散颗粒群轨迹模型,对不同进口速度（8 m/s、16 m/s、24 m/s和32 m/s）和进口角度（0°、2.5°、5°和10°）下旋风分离器内不同粒径（0～10μm）颗粒的气固两相流动特性和分离效率进行数值计算分析。研究发现,同一进口风速下,当粒径小于临界粒径时,分离效率相对较低且粒径大小对分离效率影响较小;当粒径大于临界粒径时,分离效率迅速增高至100%。对于小颗粒粒径,随着进口速度的增大,旋风分离器分离性能先增强后减弱。适当增加进口角度不仅能够提升小粒径颗粒的分离效率,还能减小旋风分离器的分离粒径。进口角度和进口速度对旋风分离器的分离性能影响较大。     

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.     

高气液比工况的管柱式气液分离器分离性能研究

为了提高分离器结构紧凑性与分离稳定性,采用管柱式气液分离器进行高气液比工况下的气液分离操作。基于CFD数值模拟方法,运用雷诺应力模型对管柱式气液分离器内部流场进行模拟,运用离散相模型对液滴进行追踪,得到分离器内部的流场分布情况以及不同结构参数对分离器分离效率的影响。对具体工况下的管柱式气液分离器结构进行优化设计,为管柱式气液分离器在高气液比工况下的设计与应用提供参考。     

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。     

对旋风机的数值模拟和优化

以一台矿用对旋风机为模型,使用Fluent软件对对旋风机进行内部流场数值模拟,得到风机内部流场状况,并对其进行气动参数优化.通过预测优化后风机的性能,为对旋风机的优化设计提供方法.