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扩散式旋风分离器两相流动数值模拟研究

谭晓军  
【摘要】:本文采用数值方法对扩散型旋分器内的气固两相流动进行了比较系统和全面的研究,包括基本的流场特征、分离效率,讨论了一系列几何参数对分离效率和阻力的影响情况,同时进行了减阻和磨损方面的数值模拟。 对流场的研究方面,连续相的模拟计算中采用了RNG k-e湍流模型,对颗粒的计算则采用了基于拉格朗日观点的DPM弥散模型。数值模拟表明扩散型旋分器流场仍是一种内升外降双层流动结构,内外层之间有很强的剪切作用。轴向、径向和切向速度总体上都有较好的对称性。反射屏的存在使得其下的流场速度非常低静压非常高。该类分离器不适用于对4μm以下的颗粒分离。在排气管入口附近仍存在一定程度的短路流动。文中给出了五种典型颗粒的轨迹情况,讨论了流速对阻力的影响,反射屏对分离效率和颗粒停留时间的作用情况等。分析表明反射屏对提高分离效率和延长颗粒逃逸前在分离器内的停留时间具有重要作用。 对几何参数的影响研究方面,本文就一系列几何参数对分离效率和阻力的影响情况进行了讨论,计算了数十种工况,在分析数值模拟结果的基础上,给出了以高效低阻为目标的多个几何参数优选取值范围。 降低阻力有助于提高设备运行的经济性。对分离器减阻研究的方面,本文采用了三种减阻方式(排气管外设置减阻杆、排气管内设置中心体以及组合方式)对分离器进行了减阻数值模拟,给出了各种减阻方式得到的减阻幅度,以及相应分离效率的变化情况,以及加入减阻杆后流场速度、湍动能、涡量的一些变化对比等值图。计算结果表明最大减阻幅度可达到20%左右。总体上讲,在排气管外设置方形减阻杆比圆形减阻杆的效果好,而且减阻杆优先布置在180°~240°方位区间最佳。加入减阻杆后流场速度分布、湍动能、涡量分布等都发生了显著变化。减阻幅度与分离效率的改变与减阻杆迎流宽度和减阻杆位置有很大关系。 磨损问题是气固分离器中的共性问题。本文最后采用FINNIE磨损模型数值模拟了扩散型旋分器内的磨损情况,粗步得到了分离器内磨损相对比较严重的位置,如涡壳立面、反射屏上侧面、积尘锥部位等,并由此提出了一些减轻磨损的建议措施和方法。


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