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内置减阻杆扩散式方形分离器内两相流数值模拟

李勋  
【摘要】: 旋风分离器是循环流化床锅炉的核心部件之一,其主要作用是将大量固体物料从气流中分离出来并送回燃烧室,以维持燃烧室的流化状态,同时实现物料的循环燃烧和反复利用。由于结构优势和布置方便,方形分离器常被应用于循环流化床锅炉的除尘回料。为了减小方形分离器的运行阻力,在分离器内部置入刚性减阻杆,简称减阻杆,从而减小其运行阻力。 为了研究不同尺寸形状的减阻杆对方形分离器性能的影响,本文采用雷诺应力模型(RSM)计算了内置减阻杆的方形分离器内的气固两相流场,对内置不同形状减阻杆的分离器的运行性能进行了比较,讨论了不同杆径、不同置入角度、不同根数的减阻杆的减阻效果;采用随机轨道模型对分离器内部的颗粒相轨迹进行了模拟,计算了减阻杆对分离器分离效率的影响。最后利用实验的办法对以上数值模拟方法的适用性和准确性进行了验证。 数值模拟结果表明:杆径较小的减阻杆的减阻效果不是太好,随着减阻杆直径的增加,分离器的压降有一定幅度的下降,继续增加减阻杆直径的时候,分离器的运行阻力变化不大;同时分离效率会有一定程度的降低,总体降低幅度在5个百分点之内。 置入单根减阻杆时,减阻杆的置入角度对减租的幅度有较大影响。分离器运行阻力随减阻杆置入角度的增大呈现先减后增的一个趋势,在170°附近压降曲线有一个明显的低谷,表明安装角度在170°附近的减阻杆的减阻幅度最大,达到29%。 不同截面形状的减阻杆对分离器内部的速度场的影响会有一定差异,通过对比发现方形减阻杆比圆形减阻杆的减阻幅度要大一些;相对无杆分离器的减阻幅度最高可以达到32%。如果在分离器内部置入多根减阻杆,则多根减阻杆比单根减阻杆的减租幅度要大,但是当减阻杆增加至4根以后,再增加杆件的个数,这时分离器的阻力变化幅度变得很小。 最后,通过实验验证了以上所采用的数值模拟方法在模拟旋风分离器内部流场时的适用性和准确性,并通过实验结果与模拟结果的对比发现,减阻杆起到了减阻的作用。数值模拟计算得到的压降损失与实验测量值很接近,最大误差小于11%。说明在计算分离器压降时,所选用的模型和便捷条件设置是合理的。另外,通过对三种不同的湍流模型的对比,发现标准k-ε模型在计算分离器压降情况时能够与实际情况较好的吻合,但模拟分离器内部速度场时,不够准确。而RSM模型能够较好的模拟分离器内部的压降和速度场分布。


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