一种内置旋流叶片的新型旋风分离器

提出一种新型旋风分离器,与传统旋风分离器相比,在分离器内外涡旋交界面处设置一组沿气流旋转方向由内向外的旋流叶片,以阻挡含尘气流中的颗粒进入内涡旋区。基于CFD,采用雷诺应力模型与离散相的随机轨道模型,对分离器进行气固两相流动数值模拟,比较分析添加旋流叶片前后的分离器性能。对常规及添加旋流叶片的旋风分离器的压降、分离效率与入口气流速度的关系进行了试验研究。试验结果表明,与传统分离器相比,添加旋流叶片的旋风分离器在入口流速较小时,总效率提升明显;在入口流速较大时,添加旋流叶片后的分离器压降略有增大,分割粒径减小显著。添加旋流叶片使分离器的分离效率得到提升,对小粒径颗粒的分离效率提升作用尤为明显。     

基于回归正交试验的旋风分离器结构优化研究

针对旋风分离器多结构参数变化,选取影响旋风分离器性能较大的4个结构参数作为优化变量:圆柱体高度H/D、排气管直径d/D、排气管插入深度h/D、锥体高度He/D。以回归正交试验法为实验方案,做36组仿真模拟实验。采用湍流计算的雷诺应力模型(RSM)进行气固两相流场数值模拟,并用拉格朗日法追踪固体颗粒的运动轨迹;在此基础上分别建立了旋风分离器压降和分离效率对其结构参数的回归数学模型;根据回归数学模型针对结构参数对旋风分离器的压降和分离效率的影响程度进行了分析,得出影响压降的最主要因素是升气管直径(随着升气管直径增大压降显著减小)、影响分离效率的最主要因素是升气管直径和锥体段高度。     

内置涡核破碎翼参数对旋风分离器性能影响的仿真研究

内置涡核破碎翼旋风分离器具有保持较高效率同时降低压降的特点。研究涡核破碎翼参数对分离器性能的影响有重要的意义。本文利用计算流体动力学方法(CFD),采用雷诺应力模型(RSM)和离散化模型(DPM),模拟涡核破碎翼参数对分离器性能的影响。结果发现:随着相邻涡核破碎翼间距增大,分离器收集效率及压降均呈现缓慢增长趋势,而随着每组涡核破碎翼个数增加,分离器收集效率及压降均呈缓慢下降趋势。     

不同导叶结构对旋风管分离性能的影响

为了系统评价导向叶片结构对输气站场用旋风管分离性能的影响,计算模拟了叶片数量为3~15、叶片厚度为2~12 mm的弧形、梭形、楔形3种不同叶片形状下旋风管的分离效率和压降。结果表明:旋风管的压力和切向速度均沿轴线对称分布,中心涡核处的压力最低,而叶片出口处的切向速度最大为18 m/s;随叶片数量的增加,旋风管的分离效率和压降增大,当叶片数量大于4时分离效率的增长较缓慢,但均能除尽粒径大于4μm的颗粒,而增加一个叶片导致压降增加2 000 Pa;叶片厚度增加,分离效率和压降增大,尤其是对粒径为1.5μm的颗粒,旋风管的分离效率从2 mm的44.18%增加到12 mm的96.17%;楔形叶片旋风管的分离效率最大,可除尽粒径大于3μm的颗粒,压降也最大,比弧形叶片约增加4 500 Pa。     

高压天然气田用旋风分离器内流场的数值模拟

对高压天然气田旋风分离器的内流场进行三维稳态数值模拟。将不同压力下的旋风分离器的内部流场进行对比,结果表明,压力对旋风分离器的轴向速度和径向速度的影响很小,但是对切向速度影响较大。旋风分离器的压降随着压力的增大而增大,基本成线性关系。在高压条件下,排气管的直径和入口面积对旋风分离器内流场速度的影响是比较有规律的。     

不同结构参数下旋风分离器气相流场的数值研究

采用商用CFD软件FLUENT对直切式旋风分离器内气相流场进行了数值研究,计算值和五孔球探针的测量值吻合较好.在此基础上,研究了结构参数对气相流场的影响.结果表明,减小入口面积比KA、排气管直径比dr和排尘口直径比dc,均可使旋风分离器内的切向速度增大;但同时压降增大.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.     

旋风分离器内置导流叶片的流场分析

旋风分离器是油气开采领域除砂的核心设备,为研究结构对分离效率的影响,新设计了一种内置的导流叶片,基于CFD采用fluent软件对新型旋风分离器进行流场分析。结果表明：内置导流叶片的旋风分离器切向速度最大值比传统Stairmand分离器有显著提升,径向速度小幅降低,轴向速度减小并延长颗粒停滞时间。入口风速为15m/s时压降提高了15%,随着入口风速的提高压降升高的幅度越来越小,在25m/s时,压降升高11%。针对粒径2.5μm以下颗粒的分离效率平均提高了11%～19%,该研究为旋风分离器后续设计提供一定的指导意义。     

旋风分离器不同排气管形状对性能影响研究

目前针对旋风分离器排气管的研究主要围绕排气圆管直径与内伸长度进行,而排气管内伸部分形状变化对分离器性能有着重要影响。在一个标准Stairmand型分离器基础上,建立了排气管圆管直径变化和圆管内伸部分进行"内缩型"及"内扩型"改变等3组共9个分离器模型,采用流体力学方法计算其分离效率和压降,讨论不同模型性能之间的关系:分离器分离效率会随着排气管圆管直径的减小而明显提高,但压降也随之大幅增加,提升分离效率和减小压降构成矛盾的优化目标;当排气管直径大于0.4D后,排气管内伸部分"内缩型"改变可以提高分离效率,而"内扩型"改变会小幅度降低分离效率却较大幅度减小了压降。这为不同优化目标(提高效率或降低压降)的旋风分离器排气管结构设计提供参考依据。     

旋风分离器的气相流场的性能分析及数值模拟

采用CFD的专业软件FLUENT对旋风分离器的分离效率进行仿真计算。通过对旋风分离器内气相流场的模拟,观察其速度云图得出,在旋风分离器中心区域有一明显的气芯柱,且切向速度和轴向速度都具有较好的轴对称性;通过改变控制参数研究旋风分离器的分离效率,得出的结论是:当增大入口气体流量、提高颗粒相浓度将有利于提高旋风分离器的分离性能,粒径较大的颗粒分离效果较好。     

旋风分离器排气管缩口半径优化的数值模拟

利用FLUENT中的RSM模型和DPM模型对不同排气管底口半径r的缩口式旋风分离器进行了内部流场的数值模拟。对结果的时均图进行分析,得到随着收缩半径r的减小,排气管入口面积在减小,轴向速度及切向速度均增加,速度的增加可使靠近中心的颗粒获得更大的离心力,因此被捕集的颗粒数增多。当半径r与排气管半径R比值为1~0.9时,分离效率提高不大,压降变化也较小,比值为0.8~0.5时,分离效率提高很多,同时能量损失也较大,在半径r逐渐减小的过程中,旋风分离器分离效率增加,压降增加。综合考虑,当r/R为0.6~0.5左右时,分离效率约为97%~98%,此时压降也较合理。     

旋风分离器的安全性能分析及数值模拟

通过对旋风分离器内气相流场的模拟,观察其速度云图得出,在旋风分离器中心区域有一明显的气芯柱,且切向速度和轴向速度都具有较好的轴对称性。通过改变控制参数研究旋风分离器的分离效率,得出的结论是:当增大入口气体流量、提高颗粒相浓度将有利于提高旋风分离器的安全分离性能,粒径较大的颗粒分离效果较好。     

旋风分离器内速度场的数值模拟研究

为了研究旋风分离器内流场的运动状况,借助Fluent软件,采用大涡模拟,基于曲线坐标系的SIMPLEC算法,对切向入口的Stairmand旋风分离器内速度场进行三维数值模拟研究。通过数值模拟,得到旋风分离器内的切向速度、轴向速度及径向速度的分布规律,为今后充分认识和设计旋风分离器提供一些有意义的参考和理论指导。     

基于CFD的旋风分离器的结构优化设计

应用计算流体力学软件FLUENT对旋风分离器进行三维气固两相流场的数值模拟。根据不同结构参数(排气管直径、排气管插入深度以及锥体和筒体的相对尺寸)的旋风分离器内部流场模拟结果,分析了不同参数对分离效率和压降的影响,得到旋风分离器的最优结构参数,并对最优结构参数的旋风分离器动、静压力和三维速度进行数值模拟和分析。     

排气管内置壁面厚度对旋风分离器性能的影响

针对旋风分离器的排气管内置壁面厚度对其流场和分离性能的影响。采用数值试验模拟分析了旋风分离器的对应于7组不同排气管内置壁面厚度下的速度云图、压降值、切割粒径以及速度矢量的变化情况。结果表明,随排气管内置壁面厚度的逐渐增大,其筒体段和锥体段的整体切向速度依次减小,在筒体段下半部分和锥体段,当内置壁面厚度大于等于0.1D时,中心位置存在二次涡流现象且对其分离效率会产生负影响;随排气管内置壁面厚度的增加,整体轴向速度基本依次增大;随排气管内置壁面厚度的增加,压降值依次减少,切割粒径先略微减少然后一直增大,壁面厚度为0.025D时,其分离效率为最优;随排气管壁面厚度的增加,在排气管内置壁面的正下方,逐渐形成涡旋,并且涡旋强度逐渐增大。忽略旋风分离器排气管内置壁面厚度变化,会造成性能预测和数值模拟上的偏差。     

旋风分离器矩形入口高宽比对流场及性能的影响研究

借助流体力学软件FLUENT,采用RSM雷诺应力模型,对直切双入口型旋风分离器进行了数值模拟,分析了矩形入口不同高宽比对旋风分离器内的气相流场、压力降和分离效率的影响。结果表明:在入口面积和处理量相同的情况下,随着入口高宽比的增加,切向速度先增大后减小,对轴向速度的影响不显著。压力降先增大后减小,受到湍流的影响,在入口高宽比为3.5处达到最大值。由于较高的切向速度和较低的湍流强度,入口高宽比为4.5时分离效率最高。     

涡旋压缩机油气分离器分离特性及压降的 数值模拟

电动汽车空调涡旋压缩机油气分离器的性能对空调系统的安稳运行及压缩机的润滑与密封均起着至关重要的作用。针对这种油气分离器结构尺寸小,要求其压降小,分离效率高,转速适用范围宽等特点,为探寻其内部的流动规律、压降及分离效率随转速的变化规律,首先选用适用于强旋流流动的雷诺应力模型(RSM),模拟计算了油气分离器中流体的流线图和速度分布;利用DPM模型对气液二相流进行数值模拟,计算了压缩机在不同转速下油气分离器中润滑油的分离效率及流体压降。分析结果表明,气体在分离器中做准自由涡流动和准强制涡流动,分离效率随油滴粒径的增大而提高,压缩机转速较低时,分离效率随转速的降低而急剧降低,压降与转速的平方成比例增大。最后,给出了优化设计电动涡旋压缩机油气分离器的设计方法。     

基于响应面法的旋风分离器结构参数的优化

目前,旋风分离器的结构优化主要局限于控制变量法的单因素优化,不能准确反映综合因素条件下旋风分离器的分离效率,且结构间的细微变化及交互性难以操控,很难进一步提高其分离效率。为解决此问题,以催化裂化装置中的一级旋风分离器为研究对象,提出了基于响应面法的参数优化方法。以对分离效率影响显著的锥管段倾斜角度α、排气管插入深度s和排气管直径De为设计变量,以分离效率和压降为目标函数,优化了旋风分离器的结构参数。结果表明:利用响应面优化法将旋风分离器的分离效率由原来84.3%提升到90.4%,并对比分析了优化前后的速度、压降、分级分离效率等;响应面优化法可从全局角度智能的对结构参数进行优化组合,缩短CAD建模及网格划分时间,并可实现多参数条件下交互性的同时优化,有效提高工作效率;通过数值模拟与试验证明优化后的旋风分离器分离效率强于优化前,优化后的旋风分离器速度分布规律对称性好、速度差值大、分离效率高,同时能完成比优化前更小粒径(粒径=12μm)的完全分离任务。     

喉管直径对旋风分离器性能影响的仿真研究

采用数值模拟方法研究了在普通Lapple型(d/D=0.5)旋风分离器气流出口处外加不同直径的喉管结构对于其流场及性能的影响.采用雷诺应力模型(RSM)模拟旋风分离器内的各向异性湍流,同时采用拉格朗日颗粒追踪(LPT)模型计算颗粒运动.结果表明,喉管直径能有效控制内旋涡的大小,从而影响旋风分离器的性能.随着喉管直径减小...     

液—气(固)旋流器分离性能的计算

液—气(固)旋流分离器在化工和环保废水处理系统中是十分重要的装置,其准自由涡区切向速度对分离效率影响较大.本文通过对模型试验实测其速度分布,计算分离粒子的直径并讨论分离效率问题.     

PSC-100型导叶式旋风管内的气相流动分析

采用五孔球探针对不同结构参数和操作参数下PSC-100型导叶式旋风管的流动参数进行了测量,得到旋风管内气相流场的三维速度和静压的分布情况。试验结果表明,切向速度在大部分分离空间沿径向更加趋近于等速流;轴向速度有明显的上下行流分界,且分界位置靠近边壁,沿轴向分界位置逐渐向边壁移动;径向速度的方向在绝大部分分离空间近壁处沿径向向外,中内区域沿径向向内;静压沿径向从边壁到中心逐渐降低。当改变结构参数时,导流锥的开缝面积比对流动参数中切向速度的影响最为显著,即导流锥开缝面积比越大,所对应流场的切向速度值越大,因而旋风管的旋转强度越大,分离效率越高。实验研究的结果为天然气净化用多管式旋风分离器的结构优化与工程设计提供了参考依据。