超临界CO_2-水分离器性能数值模拟

针对超临界二氧化碳地热发电系统中热回流后的超临界二氧化碳与盐水的分离情况,设计了一种双锥双入口旋流分离器,并通过数值模拟的方法研究了主要物性参数和运行参数对分离器性能的影响.采用RSM和DPM模型模拟液滴分离过程,结果表明,分离器内部存在内旋强制涡流和外部自由涡流,能够实现盐水的分离;分离器的分离效率随水滴粒径和入口速度的增大而升高,随入口水质量分数和溢流分流比的增大而降低,在入口速度为8 m/s时,粒径大于7μm的水滴分离效率可达100%;入口速度和溢流分流比对分离器压降影响较大,在水质量分数为5%,满足分离效率为99%时,压降为0. 15 M Pa;在同时满足分离效率和工质回收经济性的条件下,水质量分数为5%,10%和15%的3种工况的最佳溢流分流比分别为0. 8,0. 7和0. 6.     

基于Lagrange-Euler方法的多液滴运动模型

建立基于Lagrange-Euler方法的多液滴运动模型,数值模拟汽水分离器的分离效率和内部液滴湿度分布。根据多液滴运动特点,选取数目密度函数描述其运动行为。通过分析液滴和流场之间的作用机理,采用δ函数构建液滴运动参数等Lagrange变量和流场参数等Euler变量的联系,从而建立多液滴运动的物理模型,并给出该物理模型的数学描述及数值求解方法。利用该模型计算得到的分离器效率与实验值及商用软件模拟值符合良好,且通过对速度场的分析,认为计算所得的分离器内部湿度分布合理。结果表明:多液滴运动模型所得结果可靠,该模型的提出为设计和优化分离器的结构提供了强有力的工具。     

单液滴运动相变模型

在对汽水分离装置中液滴运动过程中的相变现象描述和物理机理解释的基础上,结合压力变化条件下静止单液滴相变模型的基础和液滴运动模型,建立了单液滴运动相变模型。该模型给出了液滴运动过程中,由于流动阻力和局部结构改变造成压力降低,打破汽液相平衡而造成液滴的快速蒸发和汽液相平衡蒸发2个阶段的机理解释和数学表述,与已有结果和理论分析结果均较符合。该模型可以用于液滴在重力分离空间、旋风和旋叶分离器、波纹板分离器等汽水分离装置中运动相变过程中的分离效率计算,衡量液滴相变对汽水分离性能的影响,指导分离装置结构的优化设计。     

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.     

波形板汽水分离器汽水两相分离机理研究

采用分离流动模型模拟了波形板汽水分离器内的汽水两相流动,对波形板内液滴的运动轨迹和分离效率进行了数值计算,讨论了波形板汽水分离器内流动的压力损失随通道结构参数和流动参数的变化情况．计算中,采用“隔离”无流动部分的方法建立实际流动区域．理论计算值与试验结果一致．     

单钩波形板分离器的实验研究

对单钩波形板汽水分离器进行了性能试验研究,验证了二次携带现象的存在,测量了单钩波形板汽水分离器的分离效率和压降,分析了挡板对分离效率的影响,导得了计算单钩波形板分离效率的经验公式,为波形板分离器的优化设计奠定了基础。     

波形板汽水分离器汽水两相分离机理研究

采用分离流动模型模拟了波形板汽车分离器内的汽水两相流动,对波形板内液滴的运动轨迹和分离效率进行了数值计算,讨论了波形汽水分离器内流动的压力损失随通道结构参数和流动参数的变化 情况。     

气液旋流器的分离性能

旋流器内气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程.对液滴的聚结、破碎机制进行分析,试验验证液相物性、流场强度对液滴聚结、破碎以及旋流器分离性能的影响.结果表明:液相黏度对涡流场中液滴的破碎影响很大,黏度增大分离效率上升;湍流强度是导致旋流场液滴破碎的主动力,当流量达到一定值时,高湍流强度导致液滴破碎,分离效率随流量上升开始急剧下降;液滴聚结、破碎过程对分离器压力降影响不大.     

附壁分离元件性能研究

提出了一种新的附壁分离元件,其具有操作气速范围广、结构紧凑、分离效率高等优点.通过数值模拟和实验,研究了分离弧内直径、入口气速和液滴粒径分布等因素对附壁分离元件性能的影响.研究结果表明：附壁分离元件在低入口气速时即具有较高的分离效率,入口气速大于1 m/s时附壁分离元件对于10μm的液滴能够达到80%以上的分离效率,对于15μm及以上的液滴可以100%分离;分离效率随着入口气速的增大而增大,但在一定的粒径分布条件下,存在一个临界入口气速,大于临界入口气速后分离效率反而下降.在入口气速、液滴粒径分布相同时,分离弧内直径越小,分离效率越高.附壁分离元件的压降随着气速的增大呈现二次方增大的关系.     

电场强化旋流分离装置的内部流场分析

提出一种运用高压电场强化提高旋流分离效率的装置,实现工业废油资源化工艺环节中的高效破乳脱水处理;强化装置内部的流场分布情况直接影响了装置的分离效率,但比较复杂,目前尚不明确;通过建立电场强化旋流分离装置模型,联合电场控制方程和乳化油液滴粒径控制方程,分别对5种不同强化电压条件下的装置内部流场进行了数值模拟;计算结果表明,当强化电压为11 kV时,装置内部混合流体切向速度的最大增幅为15%,轴向速度最大降幅为20%,底流管段的压力梯度得到明显增大,有效提高了装置分离效率,试验结果表明:建立的装置数值模型,能够合理揭示电场强化旋流离心分离装置内部复杂流场的分布规律。     

滴灌用泥砂分离器的性能预测与改型设计

为了改善滴灌系统泥砂分离器的性能,利用CFD软件对旋流式固液分离器内固液两相流场进行三维数值模拟.针对计算与试验结果分析原型机流场存在的问题,根据水力旋流器分离旋流动力学要求和数值模拟结果对泥砂分离器进行改型设计.通过改变分离器进口、溢流口形状与尺寸、圆锥体与分离柱高度的比值等,寻求分布合理的内流场,使改型后的泥砂分离器具有符合设计要求的分离性能.改型后的泥砂分离器具有更高的分离效率和较低的压力损失,试验结果与预测结果比较吻合.     

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.     

波纹板除雾器两相流动的数值模拟与分析

用计算流体力学(CFD)方法对波纹板除雾器内的气液两相流动进行了数值模拟,计算得到了不同液滴直径、进气速度与叶片间距下除雾器的除雾效率和压降,并分析总结了各参数对除雾效率和压降的影响规律.数值模拟还显示了液滴的运动轨迹以及液滴浓度、压力、速度和旋涡的分布情况,这对除雾器的优化设计具有指导意义.研究表明CFD方法可以成为除雾器设计的有效辅助手段.     

旋风式油气分离器数值模拟与实验研究

针对旋风式油气分离器内高速旋转流场引起油滴与壁面碰撞而破碎,从而使分离效率降低的问题,设计了多种不同参数组合的旋风式分离器,对分离器内部气液两相流动及分离效率进行了数值模拟和实验研究,其中气相流场采用RNGkε-湍流模型,油滴运动轨迹采用分散相模型.同时,搭建了油气分离器性能试验台,对不同结构参数的旋风式油气分离器在不同工况下的分离效率进行了测试,并利用Malvern激光粒度分析仪对分离器进出口油滴粒径分布进行了测量与分析.研究结果表明,最佳的入口速度与参数组合使得分离器效率最高,对于直径大于25μm的油滴,旋风式分离器完全可以分离.旋风式分离器内部油滴分离的数值模拟与实验对比表明,采用考虑油滴破碎的分散相两相流模型的模拟结果与实验数据吻合良好.     

双进口方形分离器气固流动特性的数值模拟

采用RSM湍流模型对双进口方形分离器的气相流场进行数值模拟,得到了分离器内的速度场和压力分布;同时采用拉格朗日模型对方形分离器内固体颗粒的轨迹进行模拟。结果表明:双进口方形分离器内速度场和压力场的对称性较好但气流旋转强度不大且容易衰减;不同粒径、不同位置入射的颗粒轨迹有较大差异,细颗粒入射时分离器内容易形成气流短路现象,颗粒靠近分离器顶部入射时分离器内容易造成上灰环现象,给方形分离器的分离效率带来了不利的因素。将方形分离器筒体的四角改为切形倒角,可以很好地改善分离器的流场,并能有效提高分离器分离效率。     

旋风分离器分离性能的数值预测

对不同运行温度和压力条件下旋风分离器的分离效率和压力损失进行了数值研究.数值预测时,气相场采用雷诺应力输运模型,应用随机轨道模型来模拟湍流流场中颗粒的运动轨迹.给出了不同温度和压力条件下旋风分离器的压力损失和分离效率,并和试验数据进行了比较.分析了操作压力、温度对旋风分离器分离性能的影响.结果表明,压力损失和分离效率都...     

折线型折流板间隙内气液流动及分离特性

基于DPM与拉格朗日液膜模型,建立了折线型折流板间隙内气液流动分析模型,通过试验数据验证了模型的准确性.研究了折流板运行参数对分离性能的影响规律,结果表明,在一定程度上,随着入口流速的增大,分离效率会逐渐增大;因此在气液分离设备运行期间,适当增大折流板入口流速可提高分离效率;但压降会随之增大,提高系统能耗.液滴尺寸小于130μm时,随着液滴尺寸的增大,分离效率会缓慢减小;液滴尺寸大于130μm时,随着液滴尺寸的增大,分离效率会逐渐增大;因此,在此叶片结构下的入口液滴尺寸可在合理范围内尽量增大以提高分离效率;总体而言,液滴尺寸对压降影响较小.可为气液分离设备运行优化提供理论依据.     

一种内置旋流叶片的旋风分离器性能数值研究

提出了一种新的高效旋风分离器构造,在传统分离器的内外涡旋交界面上添加一组与气流旋转方向相同的旋流叶片,来阻挡含尘气流中的颗粒进入内涡旋区.基于计算流体力学(CFD),采用雷诺应力模型和离散相的随机轨道模型来计算分离器的气固两相流,并用试验数据验证了计算模型的正确性;通过数值计算分析、比较了添加旋流叶片前后的分离器性能,对旋流叶片进行了性能优化.结果显示,与传统分离器相比,添加旋流叶片能够使分割粒径减小60%～70%,有效地提高了分离效率,而压降仅增加19.3%,且旋流叶片对于小粒径、小密度颗粒的分离效率提升更为显著.     

折流式气液分离器内流场的数值模拟与实验研究

设计了一种新型折流式柱形气液分离器,应用计算流体力学(CFD)方法模拟了折流式柱形分离器和普通柱形分离器的内部流场,对比了两种分离器流场的速度矢量分布、液相体积分数分布和湍流耗散速率分布,并通过冷模实验对两种分离器的分离性能及影响因素进行了考察,实验结果与CFD模拟结果吻合很好,验证了利用数值模拟方法考察气液分离器分离性能的可行性与准确性.分析结果表明,设计的折流式柱形分离器的压降略大于普通柱形分离器,具有分离效率高、操作弹性范围大的优点.     

水平管外液膜液滴作用下的蒸汽流动特性

为研究水平管外液体和气体相互作用下的两相流动特性,选择蒸发器中广泛应用的转角正方形排列管束为物理模型,采用流体体积函数(VOF)方法追踪气液界面,提出液体在管间以液滴形式存在的模型假设,结合管间空隙率数据来初始化水平管外液膜厚度和液滴直径,模拟蒸汽在管外液膜和管间液滴作用下的流动过程,分析气液两相的压力场和速度场.结果表明:小喷淋密度下,进出口压降计算值和实验吻合良好;在计算域内,下部区域压力值高于上部区域,且最小压力分布在液滴附近的右下侧区域;压力分布的不均会造成液滴在下落过程中的变形.