CFD技术在旋风分离器内部流场中应用的可靠性分析

简要介绍了CFD技术,并利用CFD技术对旋风分离器进行数值研究,探讨了适用于旋风分离器的计算模型,包括湍流模型的选择、多项流模型的选取以及内部空气柱的分析方法。以锥形分离器为例进行数值计算和模拟,获得了旋风分离器中内部流场的静压云图、速度云图和速度矢量图,并用模拟结果与实际情况作为参照,得出可信性分析,这在以后对于旋风分离器的优化设计及性能分析有着重要的指导意义。     

旋风分离器气相流场的数值模拟

为了考察适合旋风分离器流场模拟的湍流模型,采用三维贴体网格,应用ＰＨＯＥＮＩＣＳ程序对某旋风分离器气相流场进行了数值模拟,湍流模型分别采用标准ｋ－ε模型和Ｃｈｅｎ－Ｋｉｍ模型。通过计算结果与实验数据的对比发现,与标准ｋ－ε模型相比较,Ｃｈｅｎ－Ｋｉｍ模型更适合于模拟涡旋流动,可以用来进行旋风分离器流场模拟。     

旋风分离器气固两相流动特性与最优管距

为提高旋风分离器的除尘效率,采用RSM湍流模型和相间耦合的随机轨道模型,模拟计算了不同排气管插入深度对旋风分离器内气相流场和除尘器中颗粒运行轨迹的影响。模拟计算结果显示:在相同条件下,与现有旋风分离器相比,排气管插入390mm时,可以在气流作用下提高颗粒物与筒锥体壁相撞的概率,除尘效率提高5%。根据模拟结果,调整旋风分离器进气管进行物理模型试验,与数值模拟结果相吻合。     

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.     

轴入式旋风分离器分步湍流模型的 数值模拟与试验

针对轴入式旋风分离器的气相流场,提出了一种基于RNGκ-ε模型和雷诺应力模型的分布湍流模型并进行模拟研究.首先对5种分离器模型的气相流场采用RNGκ-ε模型进行模拟.待气相场趋于稳定时,加入离散颗粒相,对气相改用雷诺应力模型模拟;根据已得到的流场对颗粒相采用随机轨道模型,分析分离器阻力与效率性能.最后将典型模型的模拟结果与试验结果进行比较,二者吻合良好.基于分步湍流模型的数值模拟方法在研究轴入式旋风分离器的气相流场是可靠的.     

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...     

新型旋风分离器内颗粒的运动规律

分离效率是判定旋风分离器性能优劣最直接的一个参数,而分离效率的高低微观上由旋风分离器内颗粒的运动规律决定.采用离散颗粒模型研究了新型旋风分离器内颗粒的运动规律并估算了分离效率,结果发现:颗粒从入口不同区域进入该旋风分离器分离空间时有不同的运动轨迹,入口大致可划分为3个区域;被入口导流板碰撞分离的颗粒在发生二次分离时被再次捕集的可能性很大;分离效率实验值和模拟估算值变化趋势一致,但模拟估算值高于实验值.     

旋风分离器分离性能的经验模型与数值预测

利用雷诺应力输运模型对Stairmand高效旋风分离器的气相流场进行数值模拟,在此基础上对旋风分离器的分离效率、压力损失进行了研究,得出了不同条件下旋风分离器的分离性能,同时利用Barth,Iozia&Leith,Shepherd&Lapple,Cacal&Martinez,Dirgo,Coker经验公式计算了该旋风分离器的分级效率和压力损失,并分别和实验数据进行了比较.结果表明,Barth经验公式在计算直径为305mm的Stairmand旋风分离器时的分级效率与实验数据吻合较好;而Iozia&Leith经验公式能准确地计算直径为152mm的Stairmand旋风分离器的分级效率;Cacal&Martinez及Dirgo经验模型计算的压力损失和实验数据吻合较好.另一方面,数值预测的分级效率和实验数据基本一致,而且预测的压力损失误差在5%以内.研究结果还表明,应用计算流体动力学来研究旋风分离器的分离性能方便且可行.     

基于CFD的循环流化床旋风分离器模拟

为提高循环流化床旋风分离器的分离效率,本文采用计算流体力学CFD软件,模拟部分结构参数和操作参数的变化对循环流化床旋风分离器分离效率的影响,并与试验结果相比较,结果表明,模拟结果为旋风分离器的结构参数和操作参数的优化提供了理论依据.     

新型旋风分离内颗粒的动动规律

分离效率是判定旋风分离器性能优劣最直接的一个参数,而分离效率的高低微观上由旋风分离器内颗粒的运动规律决定.采用离散颗粒模型研究了新型旋风分离器内颗粒的运动规律并估算了分离效率,结果发现:颗粒从入口不同区域进入该旋风分离器分离空间时有不同的运动轨迹,入口大致可划分为3个区域;被入口导流板碰撞分离的颗粒在发生二次分离时被再次捕集的可能性很大;分离效率实验值和模拟估算值变化趋势一致,但模拟估算值高于实验值.     

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.     

旋风分离器内断面流量的实验研究

实验测定了常规旋风分离器内断面流量沿高度的分布,发现了在排气芯管入口断面附近有近24％的短路流量并提出设法减少这部分短路流量是提高分离效率研究的一个方向．通过对安装不同类型减阻杆后下降流量的测定比较,发现了非全长减阻杆下端固定时有增加减阻杆上方断面下降流量的功能．这将延长含尘气流在分离器内的停留时间,从而提高分离效率．     

切向反转流旋风器阻力计算模型

根据切向反转流旋风器的结构特性和流场特性，分析了该种旋风器的阻力构成并给出了相应的计算模型。与常用的旋风器阻力计算模型对比表明，该模型与试验结果的误差较小，具有较好的吻合性。     

旋风除尘器阻力计算的新方法

本文根据旋风除尘器内部流场的理想模型,通过伯努里方程导出了旋风除尘器阻力计算的新公式,经实验表明该公式比其它计算式具有更简单、更精确的特点.     

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.     

旋风分离器压力损失的正确测定

本文在旋风筒出口流场测定的基础上,探讨了用一般测定方法确定的压力损失与实际压力损失的差异,提出了旋风筒压力损失的正确测定方法。     

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。     

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.