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.     

气液喷射器中不同粒径分布函数下液滴轨迹数值模拟

采用数值模拟的方法研究气液喷射器内液滴的运动轨迹,液相流场采用离散相模型。研究粒径和液滴速度对液滴运动轨迹的影响,探索了单一液滴和不同Rosin—Rammler分布函数下液滴的运动轨迹。结果表明,气相旋转气流并没有对液滴的轨迹造成太大的影响,液滴仍是以接近直线的形式向前运动;离散相液滴最终的速度主要取决于气相速度,与液滴粒径大小、粒径分布和初速度无关;液滴的运动轨迹随着Rosin—Rammler分布中均匀性系数的增加,液滴速度的增大和平均粒径的减小而发生改变,造成离散相液滴喷出趋向于集中和液滴相对远离壁面。     

超声速旋流分离器内气液两相流流动特性

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值方法对超声速旋流分离器内部复杂的气液两相流场进行数值计算。在数值模拟中,采用RNG k-ε模型模拟气相流动,采用离散相模型(DPM)追踪颗粒运动轨迹。以湿空气为介质,测量超声速分离器的轴向压力并与数值模拟结果进行对比。结果表明:数值模拟结果和测量值较为一致;气体进入超声速喷管后发生膨胀形成低温(-70℃),使天然气中的水凝结为液滴,同时气体经旋流叶片产生旋流,经中心体的收缩形成较大的离心加速度(300000 g);在巨大的离心场作用下极少部分液相颗粒随气相从扩压器流出,大部分液相颗粒与旋流分离段壁面碰撞被吸附或直接进入积液槽空间被排出,达到气液分离的目的。     

内旋流筛孔柱状气液计量分离器实验研究

设计了一种内旋流筛孔柱状气液计量分离器,并通过实验研究入口流型与气、液折算速度对内旋流筛孔柱状气液计量分离器计量效果的影响。结果表明,气相质量流量在0~0.05 kg/s,液相质量流量在0~0.60 kg/s范围内,气相与液相分离效率不受流型或气、液折算速度的影响,分离器能够适应不同流型的分离要求。在分离器处理能力内,气相分离相对误差为2.5%,液相分离误差为3.0%。内旋流筛孔柱状气液计量分离器有较好的分离计量效果,为气液混合流量计量提供良好参考。     

旋流场内液滴破碎与临界人口雷诺数的确定

通过对液滴所受剪切应力的分析，发现临界入口雷诺数与旋流器的结构尺寸D、D，及物性参数(包括液滴的表面张力、介质的粘度和密度)等有关．推导出液滴破碎的临界入口雷诺数的计算公式，为液液旋流器在工程实践中的高效操作提供了理论依据．     

单液滴撞击薄液膜后冠状结构的破碎过程

为了研究液滴撞击薄液膜后形成的冠状结构的破碎过程,搭建单液滴撞壁的光学观测系统,采用激光诱导荧光法研究单液滴撞击不同黏度薄液膜的过程。试验中采用无水乙醇作为入射液滴,丙三醇水溶液作为壁面液膜,观测液滴撞击薄液膜后形成的冠状结构的破碎过程,根据其破碎过程的特点分为3类：飞溅破碎、孔洞破碎和混合破碎。对每种破碎类型的特性,破碎机理及破碎后形成的二次液滴的直径和空间分布进行定性描述。建立冠状结构不同破碎状态的临界数模型。研究结果表明：孔洞破碎和飞溅破碎的双重作用导致了大液滴的出现。在混合型的破碎过程中,出现直径较大的二次液滴的现象较多。液膜黏度和入射液滴韦伯数对冠状结构破碎形式有显著影响,随着液膜黏度降低和液滴韦伯数增大,冠状结构破碎过程由不破碎向飞溅破碎、孔洞破碎和混合破碎演变。     

气液喷射器中不同液滴粒径的反应过程模型

以缩芯模型和双膜理论为基础,把气液喷射器中不同液滴的粒径分布函数用于气液两相流中,推导出了气液喷射器中不同液滴粒径的反应过程模型.并对模型中的转化率进行了实验研究,通过与理论模型计算的转化率相比较,确定传质系数kg后,模型计算结果与实验结果吻合较好,具有较高的实用性.     

喷淋冷却器内液滴撞击液膜的传热数值模拟

液滴撞击液膜是喷淋冷却过程中的常见现象,利用欧拉多相流模型与连续表面力模型模拟了液滴撞击液膜的传热过程,其中液滴撞击液膜的飞溅规律与实验结果一致.分析了液滴撞击液膜飞溅半径与飞溅高度的变化规律,并进一步分析了撞击速度、液滴直径、液膜深度、壁面温度对液滴-液膜撞击传热量的影响,结果表明增加撞击速度、液滴直径、液膜深度有助于提高喷淋冷却的效果.     

叶片式气液分离内件数值模拟及对比分析

气液分离广泛采用叶片式分离元件,叶片形式、叶片间距、叶片高度、液滴粒径、液滴含量和主体流速等因素均影响元件的分离性能。采用计算流体动力学(CFD)模拟软件ANSYS FLUENT对3种叶片式气液分离元件(NH-TP、NC-TP和TP叶片)进行数值模拟及对比分析,得到各因素对分离效率及压降的影响,并对叶片的工况适应性进行了分析。结果表明：NH-TP的间距应大于20 mm,否则容易导致压差过大,而NC-TP和TP间距可取10 mm;液滴粒径大于20μm时在各种速度下均可获得较高分离效率,而小液滴仅在理想重力分离和理想惯性分离工况下较高;惯性分离速度下的分离效率与叶片高度无关,主体分离速度低时分离效率随着板高增加而降低;不同形式叶片的最差工况速度不同,但NH-TP在最差工况下仍能保持较高分离效率,对工况的适应能力最好,开槽的NC-TP次之,TP叶片适应能力最差。     

井下螺旋式气液分离器分离性能的数值模拟

为了实现井下气液高效分离、产出水回注和采气于一体,开展了新型井下螺旋式气液分离器的研究。应用计算流体力学方法(CFD)对螺旋式气液分离器的内部流场进行分析,并研究了螺旋圈数和螺距对螺旋式气液分离器性能的影响。该结果为井下螺旋式气液分离的进一步研究提供了参考依据。     

回流式两级分离轴流旋风分离器性能实验研究

为进一步提高电厂湿法脱硫后的烟气除雾效果,设计了一种新型的部分回流式两级分离轴流旋风分离器并为此搭建了旋风分离器性能测试实验台,通过液滴雾化装置产生了不同粒径液滴,采用Malvern激光粒度分析仪对设计的几种结构分离器的进、出口粒径分布进行了测试,对不同结构分离器在不同工况下的分离效率和阻力损失进行了测试。实验结果表明:分离器的分离效率随回流槽数量的增加而提高,内筒顶部回流槽数增加1倍,筒内气流速度为3.9 m/s时,分离器效率提高66.78%; 回流槽集中分布在分离器顶部比回流槽分布在分离器内筒上、中、下时的效率提高得更加显著,当筒内气流速度为3.94 m/s时,分离效率可提高16.9%; 中间导流管高度对分离效果也有一定影响,当导流管高度与分离器高度比为0.32时,分离效果最佳。     

排气芯管结构对导叶式旋风管内 流场影响的数值模拟

利用数值模拟方法,对比分析分流型芯管(SVF)及锥形芯管(CVF)对导叶式旋风管内流场的影响规律.结果表明:分流型芯管具有分流作用,芯管侧缝面积与芯管下口面积之比为2.42时,54%的含尘气流在侧缝处经惯性分离后进入排气芯管;与未开缝的锥形芯管相比,分流型芯管能有效降低芯管下口的短路流量,降低芯管内气流旋转强度,使旋风管总压降降低32%.     

重型柴油机空气滤清系统研究

对重型柴油机滤清系统进行了研究，建立了适合于工程计算的旋流滤清器滤清效率及自动除尘系统抽气负压的计算模型，在直流式旋流滤清器滤清效率计算中，将旋流室中的流场结构分为外旋流和内旋流，由此得到满意的计算结果。自动除尘系统抽气负压的计算建立在由实验确定的抽尘管绕流阻力系数和排气总管的阻力系数基础上，最后针对１６Ｖ２４０柴油机的空气滤清及自动除尘系统进行了分析计算。     

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.     

旋风分离器三维强旋湍流流动的数值模拟

为优化旋风分离器设计,将改进了Reynolds应力方程压力应变项的产生项和对流项的各向同性化模型与壁面效应模型结合,加入到FLUENT6.0软件平台上,对蜗壳式旋风分离器内三维强旋湍流流动进行了数值模拟.结果表明 在分离空间和灰斗内,预报值与实测值吻合较好,表明数值模拟的合理性;在环形空间内预报值也与实测值接近,流动有明显的非轴对称性;在排气管内预报值与实测值一致性较差,表明湍流模型尚有待改进.     

直流式旋风分离器内部流场的实验研究

对一种直流式旋风分离器内部的流场进行了细致的测量,得到了速度和静压在分离器内的分布,并指出分离器内存在气体旋转的不稳定现象。试验中发现分离器稳流锥和排气管的长度对分离器性能有较大影响。通过实验数据拟合得到了分离段旋转速度的经验表达式。     

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。     

悬滴与卧滴合并行为特性

基于VOF(volume of fluid)方法,建立了重力条件下悬滴与卧滴在空气中合并过程的理论模型,并进行数值模拟,研究了悬滴与卧滴的合并流型,并分析了不同Bond数下悬滴与卧滴的合并动力学行为.结果表明,悬滴与卧滴接触后,液滴间形成的液桥在表面张力的作用下快速扩展,在液桥与针头间出现颈缩现象;悬滴与卧滴合并过程存在合并无断裂和合并后断裂2种合并流型,当Bond数约为0.05时,合并流型由无断裂向断裂转变.随着Bond数增大,液滴合并后断裂的无量纲时间随之减小,当Bond数大于0.18,液滴合并后断裂的无量纲时间逐渐趋向定值.