旋风分离器内流场的测试技术

介绍了热线风速仪和五孔球探针测定旋风分离器三维流场的原理和方法。研究表明，用五孔球探针可以测定旋风分离器的切向与轴向平均速度，但径向平均速度的测量精度不高。用单斜丝探针旋转法可以精确地测定旋风分离器内三维平均速度分布，而且普通平探针能较准确地测定出切向与轴向平均速度，并可定性地测出流度及脉动速度沿径向的分布。文中还介绍了热线探针校正方法。     

旋风分离器数值计算及性能实验分析

借助计算流体力学软件Fluent,采用三维贴体坐标网格,基于非稳态雷诺应力湍流模型,对旋风分离器内部流场进行数值计算.研究不同粒径固相颗粒的运动轨迹,揭示颗粒在分离器中的运动机理,得到旋风分离器内部气流切向速度、轴向速度及切面旋转矢量速度的分布规律,并与实验测试值进行比对.结果表明:在相同条件下,数值计算与实验测试结果非常接近,能很好地预测切向速度的"驼峰"结构及轴向速度分布的上行流和下行流;随着颗粒粒径的增加,分离器外壁呈螺旋流分布,内部流夹带随粒径的增加而逐渐减小.     

旋风分离器内流场的测试技术

介绍了热线风速仪和五孔球探针测定旋风分离器三维流场的原理和方法。研究表明,用五孔球探针可以测定旋风分离器的切向与轴向平均速度,但径向平均速度的测量精度不高。用单斜丝探针旋转法可以精确地测定旋风分离器内三维平均速度分布,而用普通平探针能较准确地测定出切向与轴向平均速度,并可定性地测出流度及脉动速度沿径向的分布。文中还介绍了热线探针的校正方法。     

带内锥的切向进口扩散式方形分离器内气相流场的数值模拟

设计了一种带内锥的切向进口扩散式方形分离器,利用了考虑各向异性的雷诺应力湍流模型对分离器内的气相流动情况进行了数值模拟研究,分析了其内部气相流场的轴向、切向和径向速度分布以及压力分布情况,并计算了其压降.数值模拟结果显示分离器内呈典型的双层流动结构,方形截面在其拐角处对气流存在扰动,主要影响其切向速度,压力分布在反射锥开口处存在分界,分离器的压降随进口速度增大而增大.     

蜗壳式旋风分离器内流场的特点

用五孔探针和热线风速仪测定了蜗壳式旋风分离器内的速度场和压力场,分析了上部入口结构、芯管插入深度和锥体长度对流场的影响.测定表明,蜗壳式旋风分离器内流场是一个非轴对称的三维湍流场.上部环形空间内有明显的顶部二次流存在,因而形成上灰环.芯管末端附近有较大的向心径向速度,呈短路流现象.在锥体下部有较大的偏心流,因而造成排尘口处粉尘返混,降低分离效率.斜底入口结构的旋风分离器可以减少二次流的流量,增加环心空间的径向速度,而对下部流场影响很小.芯管插入深度对芯管末端附近的径向分布有影响,而对短路流量影响很小.     

旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟

采用雷诺应力模型对直切式旋风分离器内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了排气管内的气相流场特点及排气管直径对气相流场的影响.结果表明:排气管内气流旋转强度较高,轴向速度呈强剪切流特征,并且存在回流区,这些都是造成能量损失的重要原因;减小排气管直径可以抑制短路流量,使旋风分离器整个空间内的切向速度增大,有利于颗粒分离,但同时压降增大.     

卧管型多管旋风分离器的进气室内流场的研究

卧管型多管旋风分离器是一种新型高温、高效除尘设备.本文根据相似理论原理.设计了与卧管型多管旋风分离器进气室相似的实验模型.在入口总气量1580Nm~3/h下,用热线风速仪对模型中旋风管入口附近区域的流场进行了重点测试,总结出模型中旋风管入口附近的三维气流速度分布规律.并将其气流速度分布计算式无因次化.此流场分布规律可推广应用到与实验模型相似的装置上,为卧管型多管分离器进气室惯性分离模型的建立及其进气室的改进提出了必要的理论依据.     

旋风分离器分离空间流场的理论分析

针对旋风分离器内流场特点,运用代数涡粘模式,给出了描述分离器内流体运动的简化方程.用假设轴向或径向速度分布函数形式的方法,求得了与测量结果较为一致的三维速度半理论解.边壁速度和内外旋流分界面位置分别用入口收缩系数和最小压降原理确定.分析了湍流特征尺度--普朗特混合长度和柯莫格罗夫尺度的分布规律.结果表明,湍流特征尺度的理论计算结果与实验结果吻合较好.     

自由淹没气体旋转射流速度场实验研究

为研究自由淹没气体旋转射流速度场规律,采用五孔探针对自行设计的旋流器形成的流场进行定量实验研究。测量4种不同旋流强度下的流场,计算得到了各分速度在不同截面上的量纲一分布图,并进行分析研究。结果证实:轴向速度分布在旋流器出口附近区域与旋流强度有关,在与射流轴心垂直的截面上呈"M"形分布,逐渐发展成"马鞍"状、正态分布,直至衰减到零;切向速度呈中心对称斜"S"状分布,不同截面上的最大值大致出现在同一量纲一半径处;径向速度在半径方向呈"~"形分布,比轴向速度和切向速度小1个数量级;轴向速度和切向速度沿轴向逐渐衰减,衰减随旋流强度增大而增快。     

井下旋流油气分离器流场数值模拟

鉴于现有油气分离器效率较低,为改善高含气井中井下多相混抽泵或电潜泵机组效率低下的问题,选择雷诺应力模型作为湍流模型,代数滑移混合模型作为多相流模型,对井下水力旋流油气分离器内的两相流场进行了数值模拟.通过数值计算得到了两相介质等浓度分布图和轴向速度矢量图,并将数值计算结果与同结构的水力旋流油气分离器样机的室内模拟试验结果进行了对比.研究结果表明,数值计算得到的各种图完全符合已知的旋流器流场分布规律.水力旋流器经过结构优化设计不仅可以进行井下油气分离,且分离效果较好,适用于较大流量和高含气率的油井条件.     

Numerical simulation of the asymmetric gas?phase flow field in a volute cyclone separator

The gas-phase flow field in a cyclone separator with a volute inlet is numerically simulated based upon the Reynolds stress model (RSM) on the platform of commercial computational fluid dynamics (CFD) software, FLUENT 6.1. The asymmetric characteristics of the flow field are analyzed in this paper. The results indicate that the gas?phase flow field is slightly asymmetric in the tube and cone spaces, but remarkably asymmetric in the annular space. Meanwhile, it can be seen that the axial center of the gas flow vortex deviates from the geometric center of the cyclone. This swirling eccentricity results from the asymmetrical inlet structure and the instability of the swirling flow. The deviated distance, and direction varies with the axial position and the maximal deviated distance is approximately 0.07R. The offset of two centers makes the radial velocity of the gas?phase flow field have a remarkable asymmetrical profile. The asymmetric characteristics of the radial velocity distribution are first explained in this study. The above results are in fair agreement with the experimental data from the literature.     

旋风分离器内颗粒轨迹的计算方法

采用单颗粒动力学模型计算旋风分离器内颗粒运动轨迹,并由此可算出粒级效率。分离器内时均流场用实测流场的回归公式计算。计算结果表明,由该理论方法求得的分离效率与实测效率相吻合,而且入口气速越大,分离效率越高。紊流对小颗粒的运动影响显著,大颗粒则在时均流场和紊流流场中有近乎相同的粒级效率。运用该方法,通过大量的轨迹计算可以描述颗粒的分离过程,进而可对改进分离器的性能提供理论指导     

旋风分离器分离空间流场的理论分析

针对旋风分离器内流场特点，运用代数涡粘模式，给出了描述分离器内流体运动的简化方程。用假设轴向或径向速度分布函数形式的方法，求得了与测量结果较为一致的三维速度半理论解。边壁速度和内外旋流分界面化置分别用入口收缩系数和最小压降原理确定。分析了湍流特征尺度——普朗特混合长度和柯莫格罗夫尺度的分布规律。结果表明，湍流特征尺度的理论计算结果与实验结果吻合较好。     

轴流旋风分离器特性的数值模拟

为了研究轴流旋风分离器的性能,主要分析2.5~6m/s风速下叶片间距、旋转角度及排尘间隙对旋风分离器阻力和切向速度的影响.结果表明:旋风分离器的阻力随风速的增大而增大;叶片旋转角度对旋风阻力影响不大,但旋转角度的增加可增大最大切向速度;叶片间距变化对阻力和切向速度的影响很大,在6m/s风速下,叶片间距12mm较16mm时阻力增加31.1%,切向速度增大11%;排尘间隙变大可明显增大阻力,对切向速度影响较小.叶片间距为16mm,叶片旋转圆周角为90°,排尘间隙为7.15mm的旋风分离器对A4粗灰的分离效率可达85%以上.本研究结果为轴流旋风分离器几何参数设计提供了依据.     

M模型在低密度物料旋风分离器结构设计中的应用

利用Muschelknautz模型(即M模型),设计用于某企业聚碳酸酯生产中的旋风分离器,得到该旋风分离器的结构尺寸、分割粒径和总压降.采用流体力学计算软件Fluent对该旋风分离器的内部流场进行研究.研究结果表明:随着颗粒质量分数的增大,气流各方向上的运动速度随之降低,旋风分离器对整个颗粒群的捕集能力提高,但对分离器的壁面磨损也同时加剧;入口速度并不是越大越好,只有当入口速度为18 m/s时,数值模拟结果才与M模型中得出的结果较接近,表明采用M模型进行旋风分离器的设计准确性较高.     

激光粒子成像技术测定旋风分离器内颗粒浓度场的实验研究

将颗粒粒径的粒子成像测量方法应用于旋风分离器的颗粒浓度场的测量研究 ,成功地对一种蜗壳型旋风分离器内颗粒浓度场进行了无干扰瞬态多点测定 ,实验结果较为真实地反映了旋风分离器内颗粒浓度场的分布规律。文中所获得的规律性认识为今后进一步改进旋风分离器结构、提高其效率及创建新的分区模型提供了依据。初步形成了用PIV技术测定旋流场内颗粒相浓度的新方法 ,弥补了以往用等速抽气采样法测量的缺陷。合理的实验结果表明该方法是可行的     

减阻杆对旋风分离器流场特性的影响

为了解减阻杆对旋风分离器流场特性的影响,利用激光多普勒测速仪(LDV)对安装减阻杆前后的旋风分离器流场进行测量,得到了时均速度、均方根速度、雷诺应力等参数分布。结果表明减阻杆对时均流场的影响与现有结论基本一致,对湍流特性的影响则与减阻杆截面尺寸有关。在所采用的尺寸范围内,小尺寸减阻杆使流场大部分区域的湍流脉动降低,大尺寸减阻杆则使流场大部分区域的湍流脉动增强。最后对减阻杆影响湍流脉动的机理进行了初步分析。     

Concentration and angular velocity measurement in a cyclone separator dipleg using electrical capacitance tomography

Cyclone separator is one of the main parts of the circulating fluidized bed （CFB） boiler. The separation efficiency of the cyclone separator is very important to the whole boiler. Electrical capacitance tomography （ECT） is a unique measuring technique with great potential in multiphase flow measurement. Experimental studies are carried out on the measurement of volumetric concentration and angular velocity using ECT. The former is determined through image reconstruction method, and the latter is measured by cross-correlating the capacitance fluctuations caused by the conveyed solids. The distribution of void fraction in radial direction, the fluctuating characteristics, probability density function and the spectrum characteristics are analyzed. The feasibility and reliability of the method are verified by experimental results.