双钩波形板分离器的三维数值模拟研究

利用数值模拟的方法对热态工况下双钩波形板分离器的单级分离效率、总分离效率以及压降进行了研究。结果表明:波形板双钩开口处漩涡的存在造成了蒸汽回流,提高了波形板的分离效率;当波形板入口蒸汽速度v小于2m/s时,分离效率随v的增大迅速提高,但当v大于2m/s时,分离效率趋于平稳;波形板压降随v的增加显著增大;液滴粒径大于10μm时,分离效率随v增加而升高,而液滴粒径为10μm时,分离效率随v增加而降低;液滴分离主要集中在双钩波形板的前2级,波形板后4级的分离效率显著降低;随液滴粒径增大,波形板第1级的分离效率逐渐增大,而第2级先增大后减小,当液滴粒径大于250μm时,前3级的分离效率不再受液滴粒径的影响。     

加装双钩片对除雾器流场及除雾性能的影响

为了研究加装双钩片对板式除雾器的性能以及不同粒径液滴去除率的影响,本文采用低Re SST k-ω湍流模型对湿法烟气脱硫系统中带双钩的板式除雾器内流场进行数值模拟,分析了钩片的结构参数、气流速度和液滴粒径对除雾效率和压降的影响。结果表明:与无钩片除雾器相比,加装双钩片对较小粒径液滴的去除率有显著提升,粒径为10μm液滴的去除率从原来7.99%提高到23.14%,粒径为20μm的液滴去除率从原来的31.63%提高到60.49%,而对粒径大于30μm的液滴去除率可达到90%以上;钩片的长度对除雾效率的影响为主要因素,而钩片的宽度对其影响很小;加装双钩的板式除雾器在压降允许范围内,改善了普通板式除雾器对小液滴去除率低的缺点,为高效除雾器的实验研究和设计提供了理论依据。     

旋风分离器壁面磨损数值模拟研究

壁面磨损是制约旋风分离器发展的突出问题,基于计算流体力学方法研究入口速度和颗粒粒径对分离器壁面磨损及分离效率的影响。研究发现,环形空间壁面沿圆周方向的磨损速率分布规律不随入口速度变化而改变,180°至260°方位角区间磨损较严重;分离空间筒体壁面的磨损速率沿圆周方向呈现较均匀分布,锥体壁面的磨损速率随高度的减小而增大。不同单一粒径下环形空间壁面沿圆周方向磨损速率先增加后减小,且粒径较大时磨损峰值对应的方位角更小;分离空间壁面磨损速率在锥体下部达到磨损峰值,且在粒径大于30μm时会明显增加。当颗粒粒径处于8～30μm之间时,增大入口速度是提高分离器效率的有效方法;当颗粒粒径大于50μm时分离效率接近100%。     

粒径对旋叶分离器结构敏感性的影响

在不同液滴粒径工况下,对等比例旋叶分离器的旋叶倾角和上升通道高度进行结构敏感性分析。建立基于欧拉法和Realizable K-Epsilon湍流模型的空气-液滴两相流动的数学模型,通过计算流体力学软件对冷态工况下5种不同结构的旋叶分离器流场进行数值模拟,得到了不同液滴粒径下的分离效率变化曲线和液滴质量流量径向分布曲线,同时还通过冷态试验验证数值计算模型。结果表明:当液滴粒径等于5μm或大于100μm时,旋叶分离器效率对旋叶倾角和上升通道高度结构不敏感;当液滴粒径在5～100μm时,18°旋叶的旋叶分离器分离效率大于30°旋叶,上升通道高度等于其一倍直径时旋叶分离器分离效率最优;其中当液滴粒径等于30μm时,旋叶分离器分离效率差值最大,结构敏感性最为显著。     

旋液分离器对煤气化细灰的分离特性研究

以煤气化细灰为固相颗粒物料,研究了旋液分离器对含一定细灰黑水的液固分离特性,考察了不同操作参数对不同粒径细灰颗粒分离效率的影响规律。研究结果表明,对10μm以下的细灰颗粒,入口流速、分流比和入口颗粒浓度对不同粒径细灰颗粒的分离效率均有较大影响。对5.012μm以下颗粒,随入口流速的增加,分离效率先减小后略有增大,粒径越小、分流比越大,该趋势越显著;当粒径介于5.012~10μm之间,分离效率随入口流速逐渐增大。10μm以下的细灰颗粒,随分流比的增加,分离效率近乎呈线性增加趋势,并无最佳分流比出现;随入口颗粒浓度的增加,分离效率略有增加。对10μm以上的细灰颗粒,随颗粒粒径的增加受入口流速、分流比和入口颗粒浓度影响逐渐显著。在旋液分离器内,存在明显的小颗粒团聚现象,表现为当颗粒粒径30.2μm时,分离效率已出现超过100%的情况。利用实验结果拟合出旋液分离器对煤气化细灰分离粒度的预测公式,该公式预测值与实验值吻合良好。     

应用蒸汽相变机理脱除燃煤可吸入颗粒物实验研究

应用蒸汽相变机理促进细颗粒凝结长大，然后用湿式洗涤塔脱除长大后的含尘液滴，对燃煤可吸入颗粒物作为凝结核在过饱和蒸汽中凝结长大及湿式洗涤塔对凝结长大颗粒的脱除效果进行了实验研究，考察了蒸汽添加量、颗粒粒径及洗涤塔操作条件的影响。用电称低压冲击器(ELPI)实时测量凝结洗涤脱除前后的颗粒数量浓度和粒径分布。实验结果表明：蒸汽添加量的增加，能够迅速提高小粒径颗粒的脱除效率，蒸汽添加量为0.17kg/m3时，对平均粒径为0.3μm的颗粒的脱除效率超过80%；随着颗粒粒径增大，脱除效率提高；此外，洗涤塔液气比的增加，有利于燃煤可吸入颗粒物的脱除。研究表明蒸汽相变是脱除燃煤可吸入颗粒物的重要预调节措施之一。     

固阀塔板对煤气化飞灰洗涤净化性能的实验研究

以煤气化飞灰、空气、水为实验介质,研究了固阀塔板的洗涤特性。通过改变洗涤塔入口和塔内操作条件观察其对洗涤效率的影响规律。实验结果表明气量、液量、颗粒浓度以及塔板数对不同粒径飞灰颗粒的洗涤效率均有较大的影响;固阀塔板对大于10μm的飞灰颗粒洗涤效率可以达到90%以上,随着粒径的降低洗涤效率逐渐降低,颗粒粒径在1～3μm之间洗涤效率最低为52%左右;低于1μm的颗粒,随着粒径的降低洗涤效率逐渐升高。不同粒径飞灰颗粒的洗涤效率随气量增加呈现不同的变化趋势,其中3μm以上颗粒的洗涤效率随气量的增加而增大;而1μm以下颗粒的洗涤效率随着气量的增加,洗涤效率逐渐降低;介于1～3μm间的颗粒洗涤效率受气量变化影响较小。不同粒径颗粒的洗涤效率随液量的增加均增大;随入口颗粒浓度增加,5μm以上颗粒洗涤效率略有增加,但3μm以下颗粒随入口颗粒浓度的增加洗涤效率却显著降低,介于3～5μm之间的颗粒洗涤效率变化不大。各层塔板对飞灰颗粒洗涤效率的贡献不同,且在不同层塔板上洗涤效率随粒径变化的趋势也有较大的差异。利用实验结果拟合出预测板式塔洗涤效率的公式,该公式预测值与实验值相符程度较好。     

鼓泡脱硫塔除雾器除雾特性数值研究及实验验证

为提高除雾器对不同粒径小液滴的脱除效果,减轻脱硫系统气气换热器的堵塞程度,对鼓泡脱硫塔除雾器性能进行了数值分析和实验研究。数值分析表明:除雾效率随液滴直径的增大而增大,随进气速度的增大而增大,随除雾器叶片间距的增大而降低;带倒钩的弧形板除雾器比折形板除雾器的除雾效率高;粒径小于20μm的小液滴脱除效率较低。冷态实验台上的除雾器性能实验验证了数值分析的结果。为除雾器的设计和优化提供参考。     

氧化铝粒子填充环氧基复合材料导热性能的研究

以Al_2O_3为导热填料制备了填充型环氧基复合材料,研究了其导热系数与氧化铝粉体的填充量、粒径和形状之间的关系。结果表明:复合材料的导热系数随着氧化铝填充量的增加而增大,当氧化铝填充量较低时,导热系数随填料粒径的增加而增大;当氧化铝填充量较高时,导热系数随填料粒径的增加而减小。通过复配填充的方法最终获得了导热系数大于1.10 W/(m·K)且黏度适宜的环氧基复合材料。     

超临界二氧化碳和水膜分离器的数值模拟

为了解决CO₂羽流地热发电系统中超临界二氧化碳分离开采过程中携带水的问题,采用数值模拟方法分析了三维管壳式中空纤维膜的吸收分离特性,建立了耦合物质运输模型、多孔介质模型和吸收的数学模型,研究分离器不同设计参数对分离效率的影响。结果发现：当混合物入口速度由0.01 m/s增加到0.20 m/s时,膜的分离效率由95.76%下降到56.91%;当增加膜管长度时,分离效率不断升高,而增加膜管半径时,分离效率不断降低;当混合物入口速度大于0.05 m/s时,逆流布置的分离效率逐渐高于顺流布置的分离效率;增加膜分离器内膜管数量时,分离效率逐渐降低,单根膜管的分离效率最高。