旋风分离器数值模拟

旋风分离器作为压缩机的级间分离设备,主要用于分离压缩过程中产生的液滴,然而,液体的体积含量对于分离效果有很大影响,通过Fluent软件,对于常规工艺条件和带有大量冷凝液的工艺条件分别进行气、水两相流的模拟,进一步明确旋风分离器的适用范围,为旋风分离器的工程设计及其分离性能的改善提供一定的基础。     

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。     

方形旋风分离器数值模拟研究

针对圆形旋风分离器空间利用率不高,安装后密封性能低等问题,提出一种柱锥式方形旋风分离器,并通过数值模拟对其流动特性、分离性能的影响机理进行研究。采用雷诺应力模型(RSM)和随机轨道模型(DPM),重点分析了该结构方形旋风分离器不同流量下流场压力分布和速度分布,及颗粒入射位置对颗粒运动轨迹的影响。结果表明:该结构旋风分离器流场特征与圆形旋风分离器近似,存在对分离性能有较大影响的二次流。在分离效果损失不大的情况下,在空间利用和安装排布上有明显优势。     

双级分离式旋风分离器数值模拟及试验研究

运用FLUENT软件对3种采用不同二次分离元件直径尺寸的双级分离式旋风分离器模型进行了数值计算,研究分析了其内部流场特性和以旋流切向速度为代表的主要参数的变化规律,在考虑压差阻力和分离效率权重的基础上,得出二次分离元件的最佳直径尺寸,并与模化试验结果进行对比,确定了最优性能的双级分离式旋风分离器结构方案,为优化其结构参数并提高其性能提供理论指导和参考。     

基于Fluent的旋风分离器气固两相流数值模拟

旋风分离器内部流场较为复杂,属于典型的三维湍流强旋流场,具有非线性、时变性等特点,而颗粒在旋风分离器内的运动则更为复杂。应用Fluent软件来对旋风分离器内气固两相流进行数值模拟研究,以期能够更加深入、更加全面地认识旋风分离器内部流动规律,进而实现模拟与工业应用的良好结合。     

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。     

旋风分离器进气管结构改进的数值模拟研究

采用数值模拟和试验相结合的方法,首先通过试验数据与数值模拟结果的对比,在验证了数值模拟结果准确性的基础上,研究了缩口对旋风分离器流场结构及压降和分离效率的影响。研究结果表明:缩口对维持流场的稳定性具有较好的效果,且能够较大的减小升气管外壁的低速区。旋风分离器的压降和分离效率随缩口角度的增大而增大,当缩口角度为20°时,压降增加较小且对分离效率的提升较大,因此最佳的缩口角度为20°。     

旋风分离器壁面磨损的数值分析

为了分析旋风分离器壁面磨损问题,基于计算流体力学的方法,应用Fluent软件中的雷诺应力模型(气相)和离散相模型(固相),通过对旋风分离器内气固两相流场的耦合计算,对分离器流场中颗粒浓度分布和气固两相流场对壁面的磨损进行了数值模拟,并对计算结果和磨损原因进行了分析。结果表明:数值计算能够定性的预测旋风分离器壁面的磨损情况,能得出壁面磨损的主要部位即入口区域、锥体下部、灰斗以及料腿的上部等,同时也得出了壁面磨损的分布云图,这些对旋风分离器的设计、壁面磨损的分析和防磨措施的提出具有一定的参考价值。     

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。     

螺旋式旋风分离器气-固两相流的数值模拟

借助FLUENT软件包,采用RSM模型,对螺旋式旋风分离器内气-固两相流场进行模拟分析。结果表明：内部流场较稳定;切向、轴向速度具有类对称性,在分离区呈螺线结构特性;压力损失较小,对粒径小于5μm的颗粒具有一定的分离能力。     

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。     

排气管结构对扩散式旋风分离器性能影响的数值研究

通过改变排气管的管径、插入深度和出口长度,利用fluent软件对扩散式旋风分离器的分离效率和压力损失进行了研究.结果表明:排气管管径影响分离效率,压力损失随着管径的减小而增大.插入深度和出口长度影响内部流场分布,从而影响分离效率,但两者对压力损失影响较小.     

单、双进口旋风分离器颗粒相流场的数值模拟

采用CFD软件中的商业软件fluent6.1.22分别对直切单/双进口旋风分离器进行数值模拟。采用拉格朗日模型对固相颗粒的轨迹进行了模拟,表明颗粒进口位置对颗粒的轨迹有较大影响。对直切单/双进口旋风分离器的分级粒径分离效率作了对比,实验数据表明,直切双进口旋风分离器分离效率比直切单进口旋风分离器分离效率高5%￣15%。     

旋风分离器内颗粒浓度分布特性的数值分析

采用改进的雷诺应力模型和分散的颗粒随机轨道模型,并利用单元内颗粒源法对旋风分离器内的颗粒浓度分布进行数值模拟,与试验结果对比表明两者吻合较好,有较高的预报精度。数值模拟结果表明,旋风分离器外壁的颗粒浓度呈螺旋带状分布,且螺旋灰带以一定的频率上下窜动,在环形空间和灰斗的顶板下方存在顶灰环,且顶灰环不均匀,具有显著的非对称性;在分离空间下部排尘口附近有明显的颗粒返混,范围在排尘口上方约1.5 D (筒体直径)以内,排尘口上方的强旋流动对颗粒有显著的二次分离作用。讨论粒径(3～23 μm)、工作温度(20～ 1 000 ℃)、入口含尘浓度(0.03～10 kg/m3)和进气速度(12～30 m/s)对颗粒浓度分布特性的影响规律。     

排尘口直径对旋风分离器壁面磨损影响的数值模拟

基于计算流体动力学(Computational fluid dynamic,CFD)的数值模拟方法,在FLUENT软件平台上,应用雷诺应力模型、离散相模型和磨损值计算模型系统地研究排尘口直径对旋风分离器壁面磨损的影响。计算结果表明,旋风分离器壁面磨损的整体变化趋势不随排尘口直径的改变而变化,都呈现局部磨损的形态。排尘口直径减小,环形空间壁面磨损值保持不变,分离空间壁面磨损值有不同程度的增加,在锥体末端附近增加幅度最大,而这种变化主要是由于排尘口直径变化后分离器内部流动结构的变化引起的。分离空间锥体末端附近壁面的严重磨损主要受气固两相的旋转速度、颗粒浓度、旋进涡核和颗粒受力情况的影响。通过研究揭示合理地进行结构设计在减少磨损中的重要作用,为旋风分离器壁面的防磨提供数值试验方法和依据。     

减阻杆对螺旋型旋风分离器阻力特性影响的数值模拟

利用数值模拟方法对安装减阻杆和不安装减阻杆的螺旋型旋风分离器的流场进行了分析,结果表明,在旋风分离器筒体中心安装尺寸合适的减阻杆可以达到很好的减阻效果,如果尺寸不合适反而会增加旋风分离器的阻力损失,并通过对速度、压力分布的分析解释了其原因。     

旋风分离器高温高浓度性能试验研究

为预测高温下浓度对旋风分离器分离性能的影响,选用一个直径为300mm的切流反转式旋风分离器在温度673K,入口浓度2-60g/m3范围内进行试验研究。试验用中位粒径为16.47μm的滑石粉作为粉料,试验测得了不同浓度下旋风分离器的分离效率与压降。结果显示,相同入口气液速度下,分离效率与压降均随浓度的升高而降低。     

PV-E型旋风分离器性能试验研究

在PV型旋风分离器流场和浓度测定的基础上，分析了影响分离性能的主要因素。通过采用分流型排气管、预排尘结构以及优化高径比等措施，开发出了一种压降更低、效率更高的PV—E型旋风分离器。冷态试验结果表明，与PV型旋风分离器相比，PV—E型旋风分离器的出口浓度和压降分别降低约10％和20％。PV—E型旋风分离器的优良性能也得到了放大试验和实际应用的证实。     

重力式气液分离器结构优化及分离性能数值模拟

针对石油开采过程中的高含气问题,油田通常采用重力式气液分离器将气相从气液两相流中分离出去,减少进入抽油泵流体的含气量,提高采油效率。通过运用CFD数值模拟方法对重力式气液分离器进行数值模拟,分析了重力式气液分离器工作原理,计算了重力式气液分离器结构参数对分离效果的影响,结果表明:重力式气液分离器外管内径、中心管外径是影响分离效果最主要的参数,外管内径越大、中心管外径越小分离效果越好。此研究成果可为设计和制造重力式气液分离器提供理论支持。