旋风分离器有无灰斗对气相流场动态特性的影响

旋风分离器底端的排尘口依据气固分离工艺的要求分别采用有灰斗或无灰斗结构。但灰斗是否存在对旋风分离器内部流场影响的研究尚显不足。为此,采用热线风速仪对排尘口有灰斗和无灰斗的旋风分离器气相流场的切向速度进行了测量。结果表明旋风分离器内旋转流具有较强的不稳定性,表现为瞬时切向的速度低频高幅值波动变化。灰斗的存在进一步导致了排尘口附近瞬时切向速度的强烈波动。通过对瞬时切向速度的频谱分析表明,有灰斗结构的旋风分离器瞬时切向速度有2个主频,分别是存在于整个空间的全空间主频和出现在锥体下端排尘口附近区域的局部主频。无灰斗结构的旋风分离器仅有1个全空间主频。全空间主频是气体旋流中心围绕旋风分离器几何中心摆动造成的,而局部主频是灰斗气体回流造成的。灰斗气体回流主频与全空间旋转流摆动的主频叠加形成了锥体下端排尘口附近区域瞬时切向速度的2个主频。     

旋风分离器内气相旋转流动态特性分析与表征

旋风分离器内的气相旋转流具有很强的动态特性,表现为流场瞬时参数随时间波动变化。为了对旋风分离器内气相旋转流动态特性进行表征,本文基于热线/热膜风速仪（HWFA）和动态压力传感器测量的旋风分离器内瞬时切向速度和瞬时压力,从时域和频域两个方面进行了分析。结果表明,旋风分离器内瞬时切向速度信号时域上的波形分布与旋转流的摆动存在联系,时域上的标准偏差可以直观地表征旋风分离器内旋转流的波动强度;频域的主频和功率谱密度（PSD）可以表征旋转流动态参数波动的准周期行为、传递行为和强度衰减特征,也是旋转流摆动行为及其影响范围的反映。基于瞬时切向速度和瞬时压力的时域和频域分析能较好地反映旋转流流场的波动特点,均可用于表征旋风分离器内气相旋转流的动态特性。     

旋风分离器内气相旋转流不稳定性的实验研究

旋风分离器内气相旋转流具有较强的不稳定性,其表现形式是旋转流的旋转中心围绕几何中心的偏心摆动,导致流场的瞬时速度随时间发生脉动变化。这种旋流的不稳定特性难以用时均流场参数进行描述,需要用动态流场参数描述,为此采用热线风速仪测量了?300 mm旋风分离器内瞬时切向速度随时间的变化。实验结果表明瞬时切向速度是由气体湍流形成的高频脉动和旋转流偏心摆动形成的低频脉动两部分叠加构成,据此探讨了旋转流摆动形成的机制。瞬时切向速度的低频脉动来源于刚性涡的偏心摆动,脉动幅值与偏心距成正比。通过瞬时切向速度频域建立了旋转流的摆动频率与入口速度、筒体直径和排气管直径的计算模型。     

旋风分离器内气相旋转流不稳定性的实验研究

旋风分离器内气相旋转流具有较强的不稳定性,其表现形式是旋转流的旋转中心围绕几何中心的偏心摆动,导致流场的瞬时速度随时间发生脉动变化。这种旋流的不稳定特性难以用时均流场参数进行描述,需要用动态流场参数描述,为此采用热线风速仪测量了?300 mm旋风分离器内瞬时切向速度随时间的变化。实验结果表明瞬时切向速度是由气体湍流形成的高频脉动和旋转流偏心摆动形成的低频脉动两部分叠加构成,据此探讨了旋转流摆动形成的机制。瞬时切向速度的低频脉动来源于刚性涡的偏心摆动,脉动幅值与偏心距成正比。通过瞬时切向速度频域建立了旋转流的摆动频率与入口速度、筒体直径和排气管直径的计算模型。     

RSM与LES模拟旋风分离器流场动态特性的对比分析

为评价雷诺应力模型(RSM)与大涡模拟(LES)两种方法计算旋风分离器动态流场的精度,利用FLUENT14对旋风分离器内气相动态流场特性进行数值模拟及分析,考察了两种方法计算得到的瞬时切向速度分布、切向速度脉动强度及切向速度频谱特性。计算结果与热线风速仪(HWA,Hot-wire anemometer)测量的切向速度数据进行无量纲对比表明,在时均切向速度上,LES的模拟结果比RSM的准确性高;在瞬时切向速度上,LES预测的瞬时切向速度可以反映旋流摆动造成的切向速度的波动特性,呈现出接近实验测量值的高频速度脉动变化;而RSM难以预测瞬时切向速度的波动变化,仅给出低频小幅值的波动。因此采用LES预测旋风分离器流场能够捕捉动态信息,揭示流场的动态特性。     

CFB用旋风分离器内气相流场的数值研究

采用RSM非稳态湍流模型对循环流化床锅炉用旋风分离器内气相流场进行了数值模拟。计算值与实验值比较吻合。数值计算的结果表明:排气管下口存在明显的短路流,排尘口附近存在明显的返混现象;排气管直径增加,分离空间切向速度值降低,上行流轴向速度减小。用CFD方法计算的旋风分离器内流场可为高效CFB锅炉用旋风分离器的设计提供参考依据。     

防返混锥对旋风分离器流场影响的大涡模拟

防返混锥可用于常规旋风分离器的改造以提升分离性能。基于大涡模拟(LES),从平均流场、湍流脉动和流场稳定性等方面,系统地研究了配置防返混锥后旋风分离器全局流场的变化情况。具体结论如下:圆筒段和圆锥段的平均切向速度略有提升、中心平均轴向速度轻微上移,灰斗壁面附近的切向速度几乎不变、轴向速度有所提升,灰斗底部中心区域的切向速度和轴向速度均明显降低;防返混锥附近切向与轴向的湍流脉动轴对称性有所恶化,且局部位置脉动数值增幅较大,但灰斗底部区域的脉动得以削弱;尽管在临近防返混锥的区域内旋进涡核(PVC)摆动有所增强,但全局流域的涡核平均偏心距仍降低了近21.3%。     

排尘结构对导叶式旋风管内流动分布影响的数值研究

通过数值模拟的方法研究了排尘结构对装有分流型芯管导向叶片式旋风管内流场的影响规律。研究发现,随排尘口直径增加,环形空间切向速度增加,分离空间内旋流区切向速度增加,外旋流区切向速度减小,经分流型芯管侧缝流量减小;旋风管压降随排尘口直径增加而减小,排尘口直径为200mm和250mm时,旋风管能耗最低;锥体尺寸增加可有效减小灰斗区及外旋流区的能耗。     

双入口直切式旋风分离器流场内旋进涡核现象的研究

主要研究了双入口直切式旋风分离器流场中的一种涡核非稳态现象———旋进涡核。实验表明 ,旋进涡核存在于分离器排尘口下部及锥体中下部 ,在排尘口处涡核摆动最强烈 ,同时涡核的摆动在一定操作参数下具有一定的频率和幅值 ,因此势必会造成粉尘的夹带返混 ,致使分离器效率降低。与单入口旋风分离器相比 ,双入口直切式旋风分离器内旋进涡核频率降低 ,幅值减小 ,但范围不变。说明入口形式是否轴对称对旋进涡核的存在与否不起主要作用     

PDC型旋风管灰斗内流场的测试与分析

采用智能型五孔球探针测试技术 ,重点对PDC型旋风管灰斗内排尘口处的流场进行了测量研究 ,对有关操作参数与结构参数的影响进行了对比分析 ,得到了灰斗内排尘口处的流动分布规律 ,并对排尘口处的上行流率进行了计算 .     

旋风分离器内旋转流的不稳定性

<正>引言旋风分离器内的流场是一个复杂的旋转流流场,以往的流场研究主要集中在稳态流场的时均特性上,重点关注流场的时均速度分布和湍流特性方面,从实验测量和模拟两方面进行,而对瞬态速度的分析不够,对流场的不稳定性尚缺乏分     

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.     

Experimental study of gas swirling flow instability characteristics in a cyclone using the hot-wire anemometry technique

The instability characteristics of gas swirling flow in a cyclone were investigated experimentally by measuring the instantaneous tangential velocity with the hot-wire anemometry. The results showed that the instantaneous tangential velocity fluctuated continuously with time at both low and high frequencies. Further analysis of measured data regarding time and frequency domain by probability density and spectral methods revealed that the velocity fluctuation was affected not only by the turbulence flow itself but also by gas swirling flow instability. Also, the distributions of dominant frequency and amplitude indicated that low-frequency velocity fluctuation caused by the instability had the transfer behavior and attenuation character, which could be characterized by the dominant frequency that varied little along the radial position and decreased gradually along the axial direction, while the amplitude increased significantly with decreased radial position. Due to the gas swirling instability, the turbulence intensity and the fine particle diffusion were enhanced, which would degrade the separation efficiency of cyclone.     

多旋臂气液旋流分离器压降特性试验

为强化气液离心分离过程,实现在大直径分离器内的气液旋流高效分离,设计构思了一套多旋臂气液旋流分离设备,为气液分离大型化设计提供了一种新思路。在纯气流条件及不同的旋流臂喷出气速下对该分离设备进出口静压差进行了测量,实验结果表明,旋流分离设备静压差在整个运行过程中较为稳定,有较强的可预测性,无量纲标准偏差维持在2%以内,总压降与旋流臂出口气速呈现出良好的平方关系。进一步将总压降分解为入口及旋臂摩擦损失、分离器空间内摩擦损失和出口管路摩擦损失三个部分进行详细测量,获得了各部分压降与旋流臂出口速度头的定量关联模型,发现分离器空间内摩擦阻力损失在总压降中占比最大。GLVS总压降主要受旋流臂出口气速影响,加入液相后对压降影响很小。该旋流分离设备的阻力系数与普通旋风分离器相当,根据四组不同结构尺寸的旋流头得到了阻力系数与旋流头关键设计参数的关联式,为进一步结构优化提供了参考。     

圆管内轴向旋转流切向速度湍流强度

采用热线风速仪(hot wire anemometry,HWA)测量了ø300 mm×2000 mm圆管内轴向旋转流瞬时切向速度随时间的变化,重点分析了切向速度湍流强度的分布特点和旋转流摆动对切向速度湍流强度的影响.测量结果表明,瞬时切向速度由高频的湍流脉动速度和低频的波动速度叠加构成.由于受旋转流旋转中心偏离圆管几何中心造成的旋转流摆动的影响,在圆管中心区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较大,边壁区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较小.通过对瞬时切向速度数据进行概率密度分析可知,切向湍流强度不仅受气流脉动的影响,还受旋转流中心摆动的影响,是由自身气流脉动产生的湍流强度和旋转流摆动产生的湍流强度两部分叠加构成.旋转流摆动导致了中心区域的湍流强度远大于边壁面区域的湍流强度.     

FCC内置式四旋分离系统内气固两相流场的数值研究

通过数值模拟的方法,采用RSM湍流模型对FCC内置式四旋分离系统内气固两相流场进行了研究.研究表明,四旋灰斗底部存在错流,不利于排料;储料罐顶部平衡管泄气有利于四旋排料,但同时增加了颗粒逃逸的概率,降低分离系统效率;分离系统内颗粒运动轨迹包括灰斗捕集、排气管逃逸及平衡管逃逸,控制颗粒在平衡管逃逸可通过在储料罐内添加锥形挡板结构实现;四旋环形空间顶部与灰斗底部锥段颗粒浓度较高,易对四旋内壁产生磨损;内置式四旋分离系统优点在于不存在催化剂跑损问题.     

Stereoscopic PIV studies on the swirling flow structure in a gas cyclone

Understanding the swirling flow in a gas cyclone is of great importance in improving the cyclone design. Once the three-dimensional strong swirling flow is fully understood, cyclone performance such as pressure drop and separation efficiency can be improved by optimizing the cyclone design. The swirling flow was investigated by the stereoscopic particle image velocimetry (Stereo-PIV) in this work. The instantaneous whole-field tangential, axial, and radial velocities were measured simultaneously in the cylindrical and conical separation zone, and in the dust hopper area of the cyclone with gas inlet velocity of .The time-averaged flow pattern in the cylindrical and conical sections of the cyclone showed: a typical Rankine vortex with inner quasi-forced vortex and outer quasi-free vortex which is generated by tangential gas velocity; inner upward flow and outer downward flow of axial gas velocity; and centripetal flow in the region close to the wall due to the presence of radial gas velocity. In the dust hopper, a secondary longitudinal circular flow is formed in the annulus area between the conical body and the cylindrical wall. Experimental results indicate that the separated particles may be re-entrained into the cyclone from the bin to degrade the separation efficiency of the cyclone.