轴流式气液旋流分离器内气相流场的数值研究

应用RSM湍流模型对内径100mm的轴流导叶式气液旋流分离器内气相流场进行了数值研究,计算得到的气流时均速度分布和压力分布与实验测量结果基本吻合。根据分离器内气相流动分布的特点可知:(1)气流旋转强度与导向叶片出口角有关,出口角越大,切向速度越小;(2)排气管下口区域存在明显的短路流分布,容易卷吸夹带液滴进入排气管逃出,造成分离效率下降;(3)排气口和排液口附近的区域气流湍流脉动强度高,容易造成液滴破碎,直径减小,从而影响分离效率。以上研究结果为轴流导叶式气液旋流分离器的结构优化,进一步提高分离性能奠定了基础。     

排气管偏置分离器分离性能的数值模拟

采用雷诺应力模型（Reynolds stress model,RSM）对旋风分离器排气管中置和偏置时的气相流场进行了数值模拟,并用拉格朗日法模拟了分离器内颗粒的运动轨迹。气相流场模拟结果与实验结果吻合得较好。结果表明：排气管偏置后,分离器内沿排气管偏置方向的切向速度有所提高,排气管下部短路流较小,颗粒离心运动更加强烈,提高了分离效率的同时压降变化不大,分离器经济性更好。     

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。     

Shell型旋风管内气相流场的数值模拟

应用Fluent软件中的雷诺应力输运模型(RSM)对shell型旋风管内的三维强旋湍流气相流场进行了数值计算。计算值与实验值对比结果表明,二者吻合较好,验证了数值模拟的可靠性。通过数值计算,分析了排气管附近的短路流以及排尘口处的颗粒夹带返混现象。     

界面物性对液滴聚结的影响

推导了分散相液滴运动轨迹模型和分层二相流基本流模型,并优化了计算方法。直接数值模拟结果表明：当层膜厚度和板宽变化时,流场的密度、黏度以及界面张力对界面处的液滴的作用方式不相同;黏度始终对液滴聚结产生明显的影响,而密度和界面张力对聚结的影响却因流场结构的变化而有所不同;密度、黏度及界面张力的变化使得液滴的顺时针或逆时针旋转运动更加具有倾向性。因此,密度和黏度在一定程度上可用于改善流场的聚结条件。数值模拟的结果与已知的实验结果吻合较好,而且,基本流的介入使得该模型能较好地反映液滴在分层二相流流场中的运动特性。     

切流式三旋单管内固相颗粒运动规律的数值研究

采用商用软件Fluent 6.3,利用随机轨道模型对切流式三旋单管内固相颗粒运动轨迹进行了数值模拟,结果表明颗粒运动轨迹随机性较大,对气流的跟随性较好,受湍流脉动的影响较大。颗粒在单管内的逃逸与捕集运动规律的统计结果表明:不大于5μm的颗粒主要在排气管底部和分离筒体发生逃逸,随着粒径的增加,颗粒的分离效率增加,在排气管底部和分离筒体上部逃逸比重增加,而在分离筒体中底部颗粒的逃逸比重减少。总结来说,排气管短路流、分离筒体内旋流夹带逃逸是影响切流式三旋分离性能的主要原因,可以从这些方面进行三旋分离性能的优化与改进。     

旋风分离器在结构上的改进

在旋风分离器的排气管处增加二次流,通过控制二次流的大小及进风方向达到改变旋风分离器内部流场分布,从而减少上灰环和短路流的产生,提高了对微细粉尘的分离能力。     

直流导叶式旋风管性能的数值模拟研究

应用fluent6.3软件,RNG k-ε模型,对直流导叶式旋风管流场进行数值模拟,分析了装置的压降特性;应用欧拉-拉格朗日2相流思想,通过离散颗粒模型（DPM）模型,对装置在不同颗粒粒径下的分离效率进行了模拟.结果表明,直流导叶式旋风管压降和分离效率的影响因素主要包括气流进口流速和装置结构参数2方面.随着进口流速的增大,装置压降增大,分离效果显著提高;对于装置结构,则分剐研究了进口包括导流叶片偏转角及个数,分离段长度和排气管入口结构包括内径、插入深度及形状,得到部分结论为：增大导叶偏转角或增大分离段长度,压降增大,分离效果提高;增大排气管入口内径,压降减少,分离效果减弱;随着直筒、锥形、直筒＋锥形改变,压降逐渐减小.数值模拟结果与实验结果有较好的一致性,因此,数值模拟对于设计过程中压降和分离效果的预测起到了较好作用.     

短接触旋流反应器导叶位置对气相流动的影响

采用雷诺应力模型对不同导叶位置下的短接触旋流反应器内气相流动进行数值模拟,并且用组分输运方程研究了气体在旋流反应器内停留时间的分布规律,分析了导叶位置对反应器内气相停留时间分布、气相流场以及排气管入口短路流的影响。结果表明:不同导叶位置的旋流反应器排剂口处气相停留时间分布曲线相似,而混合反应区内气相停留时间分布曲线仅在时间轴上发生微小偏移;叶片离反应器入口越远,混合反应区内切向速度越小,而排气管下方分离反应区内外旋流切向速度显著增大及准自由涡范围减小;叶片与排气管入口距离减小可以降低附近短路流率,减小催化剂的“跑损”,但也增大了排气管内气流旋转强度,造成不必要的能量损耗增大。     

单个液滴蒸发模型中不同质量传递公式的有效性分析

液滴蒸发是液体喷雾的重要物理过程,文献中使用了不同的模型计算液滴蒸发中的质量流率。依据质量传递驱动力HM的处理,可将这些模型归类于三种不同形式,即经典模型、质量类比模型和漂移流动模型。本文对这些模型的来源和假设作了分析和总结,发现漂移流动模型考虑了Stefan效应和质量迁移,应为正确的表述,而经典模型忽略了瞬态效应,质量类比模型忽略了Stefan流效应。最后以两种不同蒸发率条件下的液滴蒸发为例进行计算,研究了不同质量传递驱动力对液滴蒸发的影响, 发现经典模型和质量类比模型都对液滴的蒸发估计过低,且高蒸发率下三种模型对液滴蒸发特性的影响更显著。