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旋风分离器气相流场数值分析与冲蚀磨损研究

贲伟  
【摘要】: 旋风分离器是工业应用最广泛的气固分离设备之一,旋风分离器的分离能力与分离器内部的流场密切相关。本论文在计算流体动力学方法基础上,应用FLUENT软件对旋风分离器内部气相流场进行数值模拟,给出了旋风分离器的速度场、压力场分布,实验研究了流量、压降和颗粒浓度对分离性能的影响,通过对颗粒运动轨迹的模拟,研究了旋风分离器冲蚀磨损的机理及影响因素。 把空气视为理想气体,建立旋风分离器模型,采用RNGk-ε湍流模型对旋风分离器气相流场进行数值模拟,所得出的模拟压降与实验值相近,并得出旋风分离器内主流是双层旋流,具有相同的旋转方向,且切向速度起主导作用。 实验研究了不同流量、压降和颗粒浓度时的分离效率,给出了不同流量下的分离效率、压降、浓度分布曲线图。结果表明在相同的流量条件下,粉尘浓度越高,分离效率越高,同时总压降也越大。 在气相流场模拟结果基础上,运用离散项模型对不同粒径的颗粒进行模拟,得出颗粒的运动轨迹,分析可得:大粒径的颗粒,容易保持原来的运动轨迹,使旋风分离器底部灰斗处磨损增大;小粒径的颗粒,容易受到旋转流动和弯头内的二次流动的影响,形成了所谓的“顶灰环”,加剧了旋风分离器的顶板处的磨损。 由此可见,采用数值模拟的方法来研究旋风分离器内流体的运动规律及冲蚀磨损行为有一定的理论意义,对旋风分离器设计及结构优化有一定的参考价值。


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