蜗壳式旋风分离器内气相流场非轴对称特性分析

采用Fluent软件对蜗壳式旋风分离器内气相流场进行了数值模拟,并在此基础上对流场的非轴对称特性进行了机理分析。蜗壳式旋风分离器入口结构的非轴对称以及气相旋流的不稳定性造成了气流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合,从而导致了气相流场三维速度的非轴对称分布以及速度分量由于基准不同而产生的大小和方向变化。环形空间流场的非轴对称性主要是非轴对称入口结构影响的结果,分离空间流场的非轴对称性主要是旋流的不稳定性造成的。根据Rayleigh准则,旋风分离器内旋流流场的不稳定性是固有的,提高流场的旋流数可使流场的不稳定性降低,流场的非轴对称性降低。入口速度的变化不影响旋流数,也不影响流场的非轴对称性,但增加入口截面积比或减小量纲1升气管内径均可提高流场的旋流数,使流场的非轴对称性降低。旋风分离器的非轴对称性可以用角动量参量来描述。     

蜗壳式旋风分离器气相流场的非轴对称特性的模拟

采用Fluent软件提供的雷诺应力模型（RSM）对蜗壳式旋风分离器内气相流场进行了数值模拟,重点考察流场的非轴对称特性.模拟结果表明旋风分离器环形空间的流场呈现明显的非轴对称分布;筒体空间和锥体空间的流场也存在一定的非轴对称性.旋风分离器流场的非轴对称性是由于其入口结构不对称产生的,其主要特点是沿轴向气流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合,旋转中心偏离几何中心的距离和方位在不同的轴向位置而不同,最大约为0.07R.由于气流旋转中心偏离旋风分离器的几何中心,使参考几何中心的径向速度分布呈现明显的非轴对称性,一部分向内,一部分向外.     

导流板对旋风分离器内气固两相分离性能的影响

通过数值模拟对环形空间设有导流板的旋风分离器进行了研究. 与常规单入口旋风分离器相比,设置导流板显著改善了旋风分离器内的非轴对称流动,使流场的旋转中心与分离器的几何中心重合,从而抑制了旋风分离器内的涡核摆动现象. 气固两相模拟结果表明,加入导流板可明显提高旋风分离器的分离效率,尤其是对于粒径为5 mm的小颗粒,分离效率从53.4%提高到94.6%,捕集效率显著提高.     

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.     

排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟

用雷诺应力湍流模型（RSM）模拟研究旋风分离器排气管尺寸对旋风分离器流场的影响.结果表明：单入口旋风分离器的非轴对称性在环区更明显;在排气管壁存在滞流区,排气管尺寸减小,该滞流区变薄;在分离区,De/D≥0.4时,旋风分离器的中心位置存在向下旋流,该旋流造成一定返混,对提高旋风分离器效率不利;随着De/D的减小,内旋流切向速度提高,中心处的向下旋流速度减小,总压降大幅提高;当De/D=0.3时,中心处向下旋流消失,提高了分离效率.     

大长径比直筒型旋风分离器内部流动特性研究

为了探究大长径比直筒型旋风分离器内部的流动特性,采用雷诺应力模型(RSM)对单入口蜗壳式旋风分离器进行数值模拟,从瞬态流场和动态特性两个方面分析不同轴向位置的切向速度分布。同时,运用RMS分析了湍流脉动速度偏离时均速度的程度。结果表明,在瞬态流场中,切向速度等值线在截面上分布不对称,呈现明显的非轴对称现象;主要表现为切向速度零值的所在位置与几何中心不重合,零值偏移的一侧,切向速度较大,偏离的一侧较小。此外,切向速度的动态变化属于高速脉动状态,具有准周期性特点,通过优化结构或操作条件可以改变涡核频率,降低工业震动。在分离空间上部区域,流动不稳定性较大,湍流脉动较强,速度波动范围较大。随着轴向向下,流体能量逐渐耗散,速度脉动逐渐减小。RMS数据表明运动流体从入口段进入旋风分离器,流动不稳定性逐渐增大,达到一定程度后,不稳定性逐渐变小,直至较为平稳。     

旋风分离器分离性能的数值模拟与分析

以XLPB-5.0和XCX-5.0两种旋风分离器为原型,采用CFD软件对这两种旋风分离器进行了流场与分离效率的数值模拟,初步探讨了入口蜗壳形式与芯管结构对分离效率的影响。模拟结果显示:旋风分离器内流场呈各向异性分布特点,切向速度是影响分离效率的首要因素,径向速度的存在会造成"流场短路"现象,使轴向速度呈不对称分布,导致分离效率的降低。轴向速度与径向速度的共同作用促使颗粒在旋风分离器内做螺旋运动;XLPB-5.0和XCX-5.0的分离效率分别为92.55%和94.96%,与实验结果基本吻合,且不同芯管参数下XCX型的分离效率比XLPB型高;螺旋式入口蜗壳(XCX-5.0型)对旋风分离器上部流场的影响相比直流式入口蜗壳(XLPB-5.0型)复杂;对于两种旋风分离器,随着芯管直径的增大,分离效率逐渐变小;随着芯管深度的增大,分离效率先增大后减小。     

旋风分离器分离效率影响因素分析

采用ANSYS-FLUENT数值模拟,分析了旋风分离器内压力分布和流场速度分布,对比不同气速和不同圆柱直径对旋风分离器分离率的影响。结果表明：旋风分离器的分离效率在一定范围内会随着气速的增大而增加,达到一定值后分离效率会降低;针对一种新型旋风筒结构,将其圆筒直径从5.8 m减小到5.0 m,旋风分离器的分离效率提高。     

催化裂化沉降器顶部旋风分离器升气管外壁结焦的原因分析

本文在催化裂化沉降器升气管外壁颗粒沉积实验的基础上,结合气相流场数值模拟的结果,分析了升气管外近壁气相流场的分布特点和颗粒所受径向力的分布特点.结果表明对应工业旋风分离器结焦区域为边界层增厚区,非结焦区域对应边界层分离区.对应工业旋风分离器结焦区域,气体、颗粒径向速度均朝内;对应非结焦区域,气体、颗粒径向速度均朝外.在此基础上分析了结焦的原因.     

径向入口结构的旋风分离器内三维流场的数值研究

采用雷诺应力模型(RSM)对径向入口结构的旋风分离器内气相流场进行了数值模拟。不同于传统的切向入口结构,径向入口设计使得新型旋风分离器在保证较高分离效率的同时更能适应高压下的作业,且降低了工程焊接难度。通过模拟结果与实验值的对比发现,RSM模型能很好地预测新型旋风分离器内部气相流场,且模拟结果表明:旋风分离器内部流场呈现非轴对称性,主要表现为沿轴向气流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合,且在分离空间内各轴截面出现具有周期性的摆动涡核。分离空间内切向速度场以0.8倍升气管直径为边界,呈现自由涡与强制涡结合的兰金涡形式,随着入口角度和升气管直径比(dr=dr/D)的减小,切向速度增大,内外旋流区也随之变化。此外,升气管内切向速度呈"U"形分布,由于速度分布中心不断发生变化,亦存在摆动涡核且摆动频率较分离空间的大。