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,...     

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。     

旋风分离器内颗粒浓度场的数值模拟

采用改进的雷诺应力模型和颗粒随机轨道模型对旋风分离器全空间内颗粒浓度分布进行了数值模拟.结果表明,旋风分离器分离空间的浓度场沿径向可划分为中心的颗粒逃逸区、边壁的颗粒捕集区和中间的颗粒分离区.颗粒捕集区的颗粒在器壁表面形成高浓度的灰带螺旋下行,灰带以一定的频率上下波动;颗粒分离区浓度分布均匀,颗粒处于被分离状态;颗粒逃逸区的颗粒浓度很低,颗粒螺旋上升逃逸.旋风分离器的浓度场沿轴向分布比较复杂,在环形空间的上部和灰斗的上部存在顶灰环,浓度分布具有显著的非轴对称性,在升气管入口下方0.25倍筒体直径(Φ)范围内存在短路流造成的高浓度区,在排尘口处存在旋转气流摆动造成的颗粒返混高浓度区.模拟结果与实验数据吻合较好.     

旋风分离器内颗粒浓度场的数值模拟

采用改进的雷诺应力模型和颗粒随机轨道模型对旋风分离器全空间内颗粒浓度分布进行了数值模拟.结果表明,旋风分离器分离空间的浓度场沿径向可划分为中心的颗粒逃逸区、边壁的颗粒捕集区和中间的颗粒分离区.颗粒捕集区的颗粒在器壁表面形成高浓度的灰带螺旋下行,灰带以一定的频率上下波动;颗粒分离区浓度分布均匀,颗粒处于被分离状态;颗粒逃逸区的颗粒浓度很低,颗粒螺旋上升逃逸.旋风分离器的浓度场沿轴向分布比较复杂,在环形空间的上部和灰斗的上部存在顶灰环,浓度分布具有显著的非轴对称性,在升气管入口下方0.25倍筒体直径(Φ)范围内存在短路流造成的高浓度区,在排尘口处存在旋转气流摆动造成的颗粒返混高浓度区.模拟结果与实验数据吻合较好.     

旋风分离器内气相湍流流动的数值模拟

采用标准k-ε模型、雷诺应力模型(RSM)以及k-w模型对旋风分离器内部湍流流场进行了数值模拟.对比了采用两种不同的离散格式时的计算表现,分析了不同近壁模型对于模拟结果的影响.通过数值解与实验值进行的对比发现采用雷诺应力模型较k-w模型,k-ε模型能更准确地模拟分离器内强旋流场.     

二元柴油液滴碰撞过程数值模拟

为研究发动机喷雾过程中柴油液滴碰撞的物理过程,基于流体体积法(VOF)建立了两相同尺寸柴油液滴碰撞模型,利用现有的试验数据对计算模型的准确性进行了验证.同时,开展了液滴对心及偏心碰撞过程的数值模拟,得到了聚合、分离、破碎3种碰撞结果及其区域分布的We-B图,探讨了碰撞过程中所发生的能量转化机制.结果表明:对心碰撞聚合与...     

油气分离器内油滴轨迹的数值模拟

采用数值模拟的方法研究分离器内油滴的运动。单相流场采用各向异性的雷诺应力方程模型，气液两相流场采用相间耦合的DPM模型计算，用随机轨道模型对油滴的运动轨迹进行追踪。通过对油滴轨迹的分析，揭示了油滴在分离器中运动的物理机制。结果表明：油滴的轨迹受叶片数量、叶轮转速和油滴粒径的影响很大。     

气液旋流分离器排气管结构试验

通过对气液旋流分离器分离性能的试验研究发现,排气管的结构尺寸对旋流器分离的临界速度及分离效率有显著影响.相对于传统的直管型排气结构,采用扩散锥形的排气管结构可以有效地削弱旋流分离器内短路流的影响,增大排气心管内液膜的形成速度,从而在保证压力降基本不变的前提下提高分离效率.旋流器分离的临界速度受物料含液浓度的影响不大,主要受排气管结构尺寸的影响.     

气液旋流分离器排气管结构试验

通过对气液旋流分离器分离性能的试验研究发现,排气管的结构尺寸对旋流器分离的临界速度及分离效率有显著影响.相对于传统的直管型排气结构,采用扩散锥形的排气管结构可以有效地削弱旋流分离器内短路流的影响,增大排气心管内液膜的形成速度,从而在保证压力降基本不变的前提下提高分离效率.旋流器分离的临界速度受物料含液浓度的影响不大,主要受排气管结构尺寸的影响.     

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。     

排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟

用雷诺应力湍流模型(RSM)模拟研究旋风分离器排气管尺寸对旋风分离器流场的影响.结果表明:单入口旋风分离器的非轴对称性在环区更明显;在排气管壁存在滞流区,排气管尺寸减小,该滞流区变薄;在分离区,De/D≥0.4时,旋风分离器的中心位置存在向下旋流,该旋流造成一定返混,对提高旋风分离器效率不利;随着De/D的减小,内旋流切向速度提高,中心处的向下旋流速度减小,总压降大幅提高;当De/D=0.3时,中心处向下旋流消失,提高了分离效率.