基于FLUENT的悬浮预热器气固耦合模拟与结构优化

根据某水泥厂应用良好的悬浮预热器C1筒,采用计算流体动力学软件Fluent对其进行模拟,分析物料粒径对分离效率的影响,得出进入预热器物料的合理粒径,再应用到目前正在设计的悬浮预热器的模拟优化中,对其筒内的烟气和物料两相流动进行三维湍流耦合模拟,得到筒内烟气的速度、压力分布云图、物料在旋风筒内的停留时间以及分离效率等。根据模拟分析结果确定合理的内筒高度,降低了压力损失并减少了耐热钢挂板的重量。     

双进气道旋风分离器内不同粒径颗粒流动特性

采用改进的RNG k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,对一种单入口双进气道旋风分离器内的气固多相紊流过程进行数值模拟。计算得到旋风分离器内不同粒径颗粒速度和浓度分布规律,结果表明:大粒径颗粒比小粒径颗粒轴向速度分布更平坦,切向速度峰值位置和外准自由涡区也越向壁面靠近;与普通单入口旋风分离器相比,相同处理量时,此种旋风分离器内速度和不同粒径颗粒浓度分布轴对称性更好,大粒径颗粒切向速度峰值位置外移更明显,筒体段颗粒有更向壁面浓集的趋势,锥体段不同轴向位置处中心旋流区双进气道的颗粒浓度低于单进气道的。小粒径颗粒捕集能力增强,有助于提高分离器分离效率,减少不稳定流动导致结焦的颗粒源供给,从流动角度保证了抗结焦和长周期稳定操作。     

基于Fluent软件数值分析新型旋风筒气固两相流场

采用Fluent软件模拟一具有倾斜顶板、过渡性蜗壳、偏心内筒和倾斜出口的旋风筒的气相流场及颗粒运行轨迹。模拟过程中气体的湍流流动采用RNG k-ε数学模型,生料的颗粒运动采用颗粒随机轨道模型。结果表明：该旋风筒有强涡旋流动,中心区域明显有一气芯柱,近似为入口处速度的2倍;切向速度分布为不对称的驼峰型;蜗壳部位有径向速度分布;该结构更有利于颗粒的气固分离。     

旋风分离器内颗粒质量浓度分布数值模拟

采用颗粒随机轨道模型和单元内颗粒源法,对旋风分离器内不同粒径颗粒质量浓度分布进行了数值模拟。结果表明,粒径较小的颗粒(dp≤4μm)大部分在旋风分离器分离空间锥段进行分离,而较大颗粒(dp>4μm)大部分在环形空间与分离空间筒段即被分离。随着颗粒粒径增加,分离器外壁的颗粒质量浓度逐渐呈螺旋灰带分布,内旋流夹带减小,环形空间顶板下方出现顶灰环。升气管入口0.25D(筒体直径)附近的短路流对小颗粒的影响较大。在分离空间下部排尘口附近0.5D有明显的颗粒返混,返混量随着颗粒粒径增大而减少。     

旋风分离器内气固两相流动特性的模拟研究

通过数值模拟对旋风分离器内的气固两相流动进行研究。采用RSM湍流模型和DPM两相流模型分析旋风分离器内的气固两相流动特性。旋风分离器内的气流切向速度呈中心准强制涡、外侧准自由涡的双涡分布,分界面大约在0.8倍排气管半径处;气流轴向速度呈中心上行、外侧下行的双行流分布,分界面即零速包络面大约与排气管直径一致;小粒径颗粒的运动具有随机性,粒径大于7μm的颗粒可以完全被捕集分离;流动的非轴对称特性和顶灰环对气固分离不利,应给予重视。     

基于异质凝结原理环流式旋风多目标优化研究

针对传统旋风分离器对粒径小于5μm的颗粒分离效率低的问题，提出通过在环流式旋风装置中构建过饱和环境，利用异质凝结原理促进细微颗粒长大的方法。基于Fletcher的经典成核理论，建立气液固数值模型，分析环流旋风分离器中气体和颗粒的流动特性以及冷凝生长和聚并过程。结果表明：经过异质凝结生长和聚并后，颗粒在旋风内的平均粒径从1μm增大到3.92μm,分离效率从51.26%提高到88.26%。在此基础上，分析内筒直径、进气管倾斜角度，以及进口气速对环流式旋风装置压降和分离效率的影响，并通过多目标优化算法得到帕累托最优设计点，优化后的分离效率可达97.5%以上，同时压降也减小至1 165 Pa以下。     

NC型6000t/d规模预热器系统C1旋风筒分离效率影响因素的数值模拟研究

本文从工程应用的角度出发,利用Fluent软件平台,采用Eulerian/Lagrangian方法,对SINOMA 6000t/d水泥熟料生产线预热器系统的C1旋风筒单体设备进行了数值模拟研究。通过对C1旋风预热器的全尺寸模拟,得到了其内部各物理场及颗粒运动轨迹等参数,并通过改变旋风筒进口面积、内筒长度、柱体尺寸等一系列参数化研究,来分析这些影响因素对旋风筒分离效率的影响。     

斜顶偏心旋风筒的数值模拟研究

使用Fluent软件，通过RSM湍流模型和离散相模型对斜顶偏心旋风筒进行了数值模拟研究，结论是：斜顶偏心旋风简与普通型旋风筒的流场基本相同，但选择合理的顶板倾斜角度和内简的偏心距离更有利于提高旋风筒的分离效率和降低压力损失。     

环流式旋风除尘器内颗粒运动的数值模拟

采用CFD软件Fluent提供的雷诺应力模型（RSM）和随机轨道模型,对环流式旋风除尘器内颗粒运动轨迹进行了数值模拟研究。预测了不同粒径颗粒的运动轨迹和分离效率。结果表明：颗粒在环流式旋风除尘器内的运动路径比常规除尘器长;特殊的流路设计,避免了常规旋风除尘器易产生的上灰环和颗粒短路问题,使除尘效率大幅度提高;除尘器内颗粒运动有较强的随机性,尤其对于小颗粒,受气流湍动影响显著。对不同粒径颗粒分离效率的预测表明：环流式旋风除尘器的分割粒径为1．25μm。     

5000 t/d水泥熟料生产线C1～C5旋风筒气相数值模拟

采用Fluent软件模拟某5000 t/d水泥熟料生产线C1～C5级旋风筒气相冷流场的速度和压力.模拟过程中气相冷流场采用RNG k-ε湍流模型.结果表明,该生产线的旋风筒结构合理,旋风筒内气体流动符合流体运动规律;旋风筒内气体速度从上往下逐渐减小;旋风筒内静压值沿径向由外向内逐渐降低;内筒的中心轴线附近静压最低,出现负值.     

切流式三旋单管内固相颗粒运动规律的数值研究

采用商用软件Fluent 6.3,利用随机轨道模型对切流式三旋单管内固相颗粒运动轨迹进行了数值模拟,结果表明颗粒运动轨迹随机性较大,对气流的跟随性较好,受湍流脉动的影响较大。颗粒在单管内的逃逸与捕集运动规律的统计结果表明:不大于5μm的颗粒主要在排气管底部和分离筒体发生逃逸,随着粒径的增加,颗粒的分离效率增加,在排气管底部和分离筒体上部逃逸比重增加,而在分离筒体中底部颗粒的逃逸比重减少。总结来说,排气管短路流、分离筒体内旋流夹带逃逸是影响切流式三旋分离性能的主要原因,可以从这些方面进行三旋分离性能的优化与改进。     

湍流场中的微米粒子在旋风分离器中的数值模拟研究

针对湍流场中燃烧颗粒飞灰的处理难题,优化了一种旋风分离器结构,采用拉格朗日DPM方法表征颗粒物运动捕集轨迹,同时在数值模拟过程中考虑了微米颗粒的重力、萨夫曼升力的影响。数值模拟方法采用K-ε两方程RNG模型对粒径为0.9~1.1μm颗粒微尘在旋风分离器中的流场和运动轨迹进行了研究。模拟结果显示,本文中提出的新型结构的旋风分离器,较传统旋风分离器的分离效率提高了94%,具有强化次微米颗粒气体旋流流动的效果,适用于高效捕集超细微米颗粒物。     

卧式旋风筒的数值模拟分析

本文针对SINOMA研发的试验用卧式旋风筒装置,借助商用数值模拟Fluent软件平台,采用Eulerian-Lagrangian方法,对其内部各物理场及颗粒运动轨迹等参数进行模拟分析,为进一步改进卧式旋风筒结构,提高分离效率,保持低压损特征提供了理论依据。     

直流导叶式旋风管性能的数值模拟研究

应用fluent6.3软件,RNG k-ε模型,对直流导叶式旋风管流场进行数值模拟,分析了装置的压降特性;应用欧拉-拉格朗日2相流思想,通过离散颗粒模型（DPM）模型,对装置在不同颗粒粒径下的分离效率进行了模拟.结果表明,直流导叶式旋风管压降和分离效率的影响因素主要包括气流进口流速和装置结构参数2方面.随着进口流速的增大,装置压降增大,分离效果显著提高;对于装置结构,则分剐研究了进口包括导流叶片偏转角及个数,分离段长度和排气管入口结构包括内径、插入深度及形状,得到部分结论为：增大导叶偏转角或增大分离段长度,压降增大,分离效果提高;增大排气管入口内径,压降减少,分离效果减弱;随着直筒、锥形、直筒＋锥形改变,压降逐渐减小.数值模拟结果与实验结果有较好的一致性,因此,数值模拟对于设计过程中压降和分离效果的预测起到了较好作用.     

升气管插入深度对旋风分离器内部流场影响的数值模拟

针对旋风分离器内部复杂的三维强湍流,在仿真过程中,采用雷诺应力模型(RSM),利用贴体网格技术,模拟得到不同升气管插入深度时的旋风分离器内的切向速度分布、轴向速度分布和进出口压降。结果表明,当升气管插入深度减小时,会使总压力损失有所降低,但有一部分气流将从入口直接进入升气管形成短路,使旋风分离器的分离性能下降;对于特定的旋风分离器,升气管插入深度存在最优值,可保证较高的分离效率和较低的压降。     

旋风收尘器的收尘效率和生料粒度分布关系

旋风收尘器所分离的固相颗粒大小对分离效率的影响非常显著,通常情况下只对10μm以上的颗粒保持很高的分离效率,对直径小于6μm的细颗粒的分级效率相对较低。本文分析了不同公司的生料粒度分布情况,通过计算生料的粒级效率、中位粒径,并对C1旋风筒技改后的生产线收尘效率进行对比,分析旋风筒收尘器与生料粒度的关系。     

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。     

五级旋风预热器结构合理性的数值模拟

以某项目用洪堡型高分离效率的预热器结构为例,采用数值仿真技术对整套五级旋风预热器进行数值模拟,研究和分析了模拟结果中C1~C5各级旋风筒的压力场、速度场及颗粒分布场,同时定量计算出各级旋风筒的压损、截面速度及物料停留时间,以验证整套预热器结构设计的合理性。     

对预热预分解系统几个问题的探讨（二）

续２００１年第４期２．３旋风筒中颗粒的运动及其对系统的影响２．３．１旋风筒的功能旋风筒承担了料、气的分离功能,将生料粉及时从与之温度相近的气流中分离出来,减少系统的内循环和废气中飞灰量,提高系统热效率。一般来说,影响旋风筒分离效率的因素主要有两个：一是旋风筒的结构,对于一个已经定型的生产线,旋风筒结构已经确定,无法改变或很难改变;二是流体本身的物理性能参数如旋风筒入口风速、粉尘粒径、含尘浓度及操作的稳定性等。这些参数是可变的,也是影响建成生产线旋风筒分离效率的主要因素。在旋风筒中,含尘气流中的气…     

辐射废锅内气固两相流场的冷态测试与数值模拟

采用冷态实验测量和数值模拟相结合的方法,对辐射废锅内的冷态气固两相流场进行了研究。搭建了辐射废锅冷模装置,利用恒温热线风速仪和皮托管对辐射废锅内的气相冷态流场进行测量。利用马尔文激光粒度分析仪对辐射废锅出口、底部渣池以及附壁颗粒的粒径进行了采样分析。运用Realizable k-ε湍流模型和随机轨道模型分别对气相流场和颗粒运动轨迹进行了数值模拟。研究发现:Realizable k-ε湍流模型计算得到的气相流场结果与实验值吻合较好,辐射废锅内筒顶部存在一入口射流,射流沿流向逐渐衰减,气相流场在内筒底部趋于稳定;大部分颗粒直接被辐射废锅渣池捕集,少量细小颗粒被气流携带进入辐射废锅环隙或从出口逃逸;颗粒粒径越大、密度越高,颗粒的跟随性越差,出口颗粒的停留时间越长。