PV型旋风分离器的内流场的试验研究

用五孔球探针与热线风速仪测定了不同结构参数的ＰＶ型旋风分离器全空间内的三维速度分布，总结了入口气速与主要结构参数变化后对流场的影响规律，提出了相似放大的办法。结果表明，在旋风分离器的蜗壳顶部存在纵向二次流，在芯管下口附近存在短路流，在排尘口处有较强的灰斗返气。这些均不利于气固分离。     

不同锥体结构旋风分离器的分离特性数值研究

采用CFD软件FLUENT对3种排尘口直径不同的旋风分离器以及长锥型旋风分离器中的气相流动规律进行数值模拟,模拟结果与试验结果基本吻合.模拟结果表明,随着排尘口直径的减小,分离性能有所提高.长锥型旋风分离器轴向速度分布呈现与高效Stairmand型旋风分离器不同的不稳定分布状态,出现明显的短路流现象,通过改进其结构尺寸可得到稳定流场,从而提高分离效率.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.     

旋风分离器自然旋风长的实验研究

本文用五孔球探针详累测定了长筒型旋风分离器内的三维速度场，讨论了旋风分离器入口面积和芯管下口直径对分离器内旋转流衰减过程的影响。流场测定和加尘试验充分证明，旋风分离器自然旋风长大于Ａｌｅｘａｎｄｅｒ经验公式计算值。通过对实验结果进行分析，给出了一个新的计算自然旋风长的经验公式。新的经验公式可用于旋风分离器设计及分离效率的计算。     

旋风分离器的压力降计算

以应用中最为常见的筒锥型切流返转式旋风分离器为对象,考察了旋风分离器各结构尺寸及入口气速对压力降的影响,评价了若干压力降模型的适用性。结果表明,Stairmand压力降计算模型的均方差最小,但由于其忽略了几何放大对压力降系数的影响,限制了该压力降模型的适用性。利用相似与模化的分析方法,在对文献给出的实验数据进行回归分析的基础上,修正了Stairmand压力降计算模型,并将修正式的计算结果与实验测量值及另外多篇文献中给出的切流返转式旋风分离器在不同结构尺寸及操作气速共计150种工况下的实验数据进行对比,结果表明,修正式的精度更高,适用范围更广,可以满足旋风分离器设计计算的要求。     

PV型旋风分离器流场的计算分析

根据旋风分离器流场的大量实测数据。经多元回归分析得到了切向、轴向气速在分离器蜗壳与分离空间内的无量纲化的计算公式，其中包括影响分离效率的两个关键结构参数ＫＡ与ｄｒ。由此基础上还提出了短路流量与进入灰斗气量的计算公式。     

多管式旋风分离器内气相流场数值模拟

应用数值模拟的方法研究了多管式旋风分离器内的气相流场,研究发现,单管压降是多管旋风分离器压降的主要部分,约占90％。在灰斗内单管排尘口以下轴向速度逐渐减小,在尘口以下200mm处轴向速度值几乎为0,气流不会夹带颗粒向上返混。在进气均匀的情况下,依然存在着窜流现象,窜流率约为10％。单管分离空间底部存在摆尾现象,排尘口下部区域内压力分布不均,是导致窜流现象发生的直接原因。     

不同结构循环旋风分离器流场的数值分析

采用CFD软件——Fluent6．2中的雷诺应力湍流模型,对具有不同几何结构的循环旋风分离器气相流场进行数值模拟,以考察循环旋风分离器的几何结构对其流场的影响。模拟结果表明,循环管可以减小不利于气、液相分离的轴向速度并降低压降,防液罩可以在不增加压力损失的情况下增强气、液相分离的主要动力——切向速度,循环旋风分离器存在一个最佳入口直径。     

单入口双进气道旋风分离器内冲蚀特性

采用雷诺应力湍流模型、离散相模型和改进的冲蚀模型对一种单入口双进气道旋风分离器内的气 固紊流及冲蚀过程进行了数值模拟,得到旋风分离器内壁面冲蚀速率详细分布规律。结果表明,固体颗粒对旋风分离器内壁的冲蚀主要发生在蜗壳上顶板、蜗壳与筒体连接段及排尘口处;在旋风分离器分离空间内,由上至下旋流稳定性逐渐减弱,导致壁面冲蚀速率逐渐增大。与普通单入口旋风分离器相比,在相同处理量时,单入口双进气道旋风分离器内形成的轴对称稳定旋流可以有效减弱颗粒与壁面的碰撞和磨削,从而明显降低壁面摩擦阻力损失和冲蚀速率,有利于旋风分离器的压降降低和长周期稳定运行。     

高压气体除尘旋风分离器的结构与性能研究

对比研究了三种高压旋风分离器的结构及分离性能。发现在相同气速下,压力容器式旋风分离器外旋流处的切向速度高于另外两种分离器,中心涡核处轴向速度低于其余两种分离器;相同条件下的冷模对比试验显示,压力容器式旋风分离器的效率较另外两种分离器高1%~2%;压力容器式旋风分离器不仅结构简单,而且拥有较好的结构强度和分离性能,适合高压工况下应用。     

PX型高效旋风分离器的研究开发

根据对PV型旋风分离器气固流动特性的深入研究,分析了几处影响细粉分离的薄弱环节,并针对性地提出了进气口倾斜、排气管切口及排尘口加防返混锥等结构改进措施.在φ300mm实验室模型试验台上,通过大量对比试验,开发出了一种比现有PV型性能更优良的新一代高效旋风分离器-PX型旋风分离器.实验室对比试验结果表明,相同条件下,PX型比PV型效率提高0.2～1.1个百分点,压力降降低10%～15%.     

外导流管对旋风分离器流场的调控

采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对旋风分离器内的气-固两相流动进行了数值模拟计算,比较了带有不同外导流管的旋风分离器内流场、压降和分离效率,并探究了不同外导流管管径对旋风分离器内的流场调控及分离性能的影响。结果表明：外导流管可以改善旋风分离器内的二次涡分布,减小纵向环流的影响范围,降低二次涡间的协同作用,并抑制灰斗入口和料腿入口的二次流,从而提高分离效率;其中,带有H-E型外导流管的旋风分离器有效地提高了细小颗粒的分离效率,对粒径4 μm以下颗粒分离效率的提高可达10%以上;H-E型外导流管对入口气流进行分流,可以减小气流的旋流损失,使压降降低16.7%。此外,外导流管管径对H-O型旋风分离器分离性能影响较小,对H-E型旋风分离器分离性能影响较大。     

直切双入口旋风分离器流场及分离效率的数值模拟

 采用RSM模型对直切式单、双进口型旋风分离器三维流场和分离效率进行数值模拟。结果表明,双进口型旋风分离器改善了单进口型式流场的不对称性,减小了流场内部的涡流,径向速度和总压也明显降低;在相同处理量下,当双进口型式的进口气速比较低时,并不能提高分离效率,只有当进口气速高于15.6 m/s后,其效率才明显高于单进口型式的旋风分离器。     

FCC沉降器内粗旋与顶旋连接结构的优化

 采用Reynolds应力输运模型和随机轨道模型对催化裂化沉降器内的流动状况进行了全尺寸的数值模拟,考察了不同的粗旋与顶旋分离器的连接结构对沉降器内流动状况的影响。为了反映真实的流动过程,计算中没有对沉降器空间和两级旋风分离器的复杂结构进行简化,并基本实现了完全结构化的网格划分。结果表明,粗旋分离器排气管出口的导流段有助于排出的油气直接进入顶旋分离器,降低进入沉降器的油气量,并减少油气在沉降空间内的停留时间,降低了沉降器内发生结焦的可能性,为优化沉降器结构的设计提供了新的方法。     

旋风分离器内非轴对称旋转流场的测量

采用相位多普勒分析仪研究了不同入口旋风分离器气相非轴对称流场。首先采用圆管层流实验验证测量系统的准确性,然后考察不同入口结构下直筒型旋风分离器内部流场的分布特点。实验测得的切向、轴向速度、湍流度分布与旋风分离器典型流场分布特点一致。对比3种入口结构旋风分离器测量结果发现,随着入口结构轴对称性逐渐增加,其内部流场分布的非轴对称性明显减小,旋转中心与旋风分离器几何结构中心之间的偏心距也明显减小,有利于提高旋风分离器的分离效率并降低因涡核摆动造成的摩擦阻力。合理地布置入口结构是抑制单入口旋风分离器非轴对称旋转流动,提高旋风分离器性能的有效手段之一。     

催化裂化沉降器空间内油气停留时间的分布

以0．8Mt／a催化裂化装置的沉降器为例，考察了沉降器空间内油气平均停留时间的分布。在实验室模型验证的基础上，采用RSM模型和标量输运方程进行了数值模拟研究。结果表明．对于粗旋风分离器和顶部旋风分离器之间敞口联接的沉降器。粗旋风分离器升气管出口与顶部旋风分离器人口间有一最佳距离。由于粗旋风分离器与顶旋风分离器非一对一的布置，导致各顶旋风分离器人口气量分配不均，需要改进。由粗旋风分离器料腿进入沉降空间的油气的长时间停留是阻止沉降器内油气平均停留时间缩短的主要问题；其次则为由粗旋风分离器升气管进入沉降空间的油气的停留时间。其它部位油气的停留时间占总停留时间的份额较小。因此，其结构改进的重点应为粗旋风分离器料腿部分以及粗旋风分离器和顶旋风分离器间的联接形式。     

单入口双进气道旋风分离器内流体的流动特性

 采用数值模拟和实验相结合的方法,对一种单入口双进气道旋风分离器内的紊流过程进行了研究。计算得到的旋风分离器内的压力降与实验数据较为吻合,验证了所采用的模型和计算方法的正确性。与普通单入口旋风分离器相比,相同处理量时,此种旋风分离器在不降低分离效率的情况下可以使压力降降低40%左右;通过特殊的双进气道设计,基本消除了普通单入口旋风分离器内旋转中心与几何中心不重合产生的涡核摆动现象,有利于提高旋风分离器的分离效率。在 FCC 沉降器内采用该旋风分离器,不仅可以大幅度降低压力降,减少能耗,而且由于在旋风分离器内形成了对称流场,有利于减少 FCC 沉降器顶旋升气管外壁的结焦。     

旋风分离器排灰与进、排气系统对分离性能的影响

在大量常温试验研究的基础上,着重研究了排灰与进、排气系统对旋风分离器性能的影响。提出了排灰斗与料腿尺寸不宜过小、串联时第二级旋风分离器入口气流要尽可能没有旋转等新观念。     

基于双旋流的油泥分离器数值模拟

针对兴中油泥含油量高、含渣量低的特点,提出一种新型的双层旋流器结构来进行油-水-颗粒的三相分离.采用数值模拟的方法进行研究,选择混合模型和k-e模型对单层旋流器和3种不同进口型双层旋流器的分离效果进行模拟,分析各旋流器的结构对压力分布、油水分布和油泥颗粒分布效率的影响.结果表明:入口流量为40 m3/h,即入口流速为6...     

旋流器轴向压降变化规律及影响因素实验研究

采用在旋流管管身轴线方向布置测点的方法 ,对旋流器轴向压降变化规律进行了实验研究。实验发现 ,旋流管的压降比PDR与分流比Rf 之间的关系仅与旋流管结构尺寸有关 ,不随入口流量变化而改变。在旋流器主体尺寸、溢流孔直径确定的情况下 ,入口流量保持一定时 ,旋流管沿轴线上各点的压降Δpn随着分流比减小而增加 ,且与底流口压力相比 ,旋流管中间点上的压力对分流比的变化比较敏感。分流比下降 ,旋流管内旋流的角动量增大。对于确定的分流比 ,沿轴线各测点处的压降与入口到底流口之间的压降之比Δpn/Δpu 不随无量纲溢流孔径Do/D的变化而变化。