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。     

基于离散相模型的旋风分离器内部流场数值研究

针对旋风分离器内部流场的研究,采用数值模拟的方法模拟了分离器内固体颗粒的运动轨迹。通过分析不同粒径及入口速度对旋风分离器内固相颗粒运动轨迹的影响,探索了颗粒在旋风分离器中运动的物理机理,随后对旋风分离器的灰斗长度进行了优化。结果表明:颗粒在旋风分离器中运动轨迹比较复杂,且同时受到入口速度和粒子半径的影响,相同粒径颗粒在不同入口速度下运动轨迹不同,且小粒径颗粒较容易受到入口速度的影响,旋风分离器在标准灰斗长度下的分离效率及分离性能最好。模拟结果可为工程实际应用提供一定的理论指导。     

旋风分离器在不同工况下分离效率的仿真分析

针对旋风分离器的适用性问题,研究了不同工况条件下各工作参数对分离效率的影响.选择了环境参数为固体颗粒粒径和密度,分离器工作参数为进口速度,基于FLUENT运用RNG k-ε模型模拟旋风分离器内气相紊流,采用了离散相模型（DPM）模拟固相流场颗粒轨迹.由于粒径、密度和进口速度分别变化具有多种组合,为此引入了正交试验法以图减少仿真的次数.讨论了在不同颗粒粒径和颗粒物密度条件下旋风分离器的进气口速度与分离效率之间的关系.研究结果表明,在不同工作环境下旋风分离器工作参数对分离效率有着重要的影响.     

基于CFD-PBM积分矩量法旋风分离器中颗粒聚团的数值模拟

为了得到颗粒聚团对旋风分离器分离性能的影响,在不同入口颗粒浓度与入口气速下研究其对分离效率的影响。采用雷诺应力模型(RSM)计算湍流流场,通过群体平衡模型(PBM)耦合CFD对颗粒相进行数值计算。研究结果表明:时间为2 s时,旋风分离器内的聚团作用已经趋于稳定,颗粒粒径在1.5μm到3μm范围的颗粒在旋风分离器内基本无法被捕集,而粒径大于5μm的颗粒其分离效率接近于100%;随着入口颗粒浓度的增加,总体分离效率增加,而增加入口气体速度,对分离效率的影响并不是很大。     

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。     

旋风分离器内随机运动颗粒的受力及结构设计分析

通过对旋风分离器内固体颗粒随机运动的受力分析,提出了颗粒在分离器内精确运动轨迹是由确定性的径向力、轴向力以及不确定性的随机力所决定,并分析了颗粒存在的随机因素,为了减少随机力对分离的影响,分析了结构设计采取的措施,这给旋风器设计提供理论依据,对提高旋风分离器的分离效率具有十分重要的意义。     

进口条件对旋风分离器性能影响研究

文中利用计算流体力学、连续相选用雷诺应力模型、离散相选用分散颗粒群轨迹模型,对不同进口速度（8 m/s、16 m/s、24 m/s和32 m/s）和进口角度（0°、2.5°、5°和10°）下旋风分离器内不同粒径（0～10μm）颗粒的气固两相流动特性和分离效率进行数值计算分析。研究发现,同一进口风速下,当粒径小于临界粒径时,分离效率相对较低且粒径大小对分离效率影响较小;当粒径大于临界粒径时,分离效率迅速增高至100%。对于小颗粒粒径,随着进口速度的增大,旋风分离器分离性能先增强后减弱。适当增加进口角度不仅能够提升小粒径颗粒的分离效率,还能减小旋风分离器的分离粒径。进口角度和进口速度对旋风分离器的分离性能影响较大。     

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%。     

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。     

工作条件对轴流旋风分离器分离效率影响的数值研究

燃气轮机对进气质量的要求很高,低质量的空气进入燃气轮机不仅不能保证其正常的工作条件,还极易给燃气轮机带来不可恢复的损害,因此研制高效的燃气轮机进气滤清器成为一项十分重要的任务。为了研究轴流式旋风分离器在不同工作条件下的分离性能,通过数值模拟的方法,对多管式轴流旋风分离器的其中一个分离管进行研究,分析进气角度和集尘管进口扫气压力对不同直径颗粒的分离性能的影响,并探索灰尘颗粒在分离器中运动过程的物理机理。研究结果表明,适当的预旋角度会提高小直径颗粒的分离效率,而较大直径颗粒的分离效率反而有所降低;降低集尘管进口扫气压力会提高小直径颗粒的分离效率,对大直径颗粒的分离效果几乎没有影响。计算结果可为轴流旋风分离器的设计和工程应用提供理论指导。