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导叶式旋风管内气固两相流动控制与分离性能计算方法的研究

马艳杰  
【摘要】:为了实现导叶式旋风管内气固两相的流动控制,本文采用分流型芯管和排尘锥两种流动控制结构进行了阻力特性试验和固相颗粒分离试验,得到了流动控制结构对旋风管分离性能的影响规律,并通过流动控制结构的组合,确定了不同类型的旋风管。结果表明:分流型芯管侧壁开缝管能够使旋风管的压降降低,1-20μm颗粒的分离效率平均提高了3个百分点,开缝面积比为3.0时分离效率最高,轴向开缝位置C使2μm颗粒的分离效率比基准结构的分离效率提高了6.7个百分点;高径比不同的排尘锥需要开不同宽度的侧缝来降低压降和提高分离效率。通过流场测试和计算分析了流动控制结构对旋风管主流和次级流动的控制作用,并根据旋风管内流场的测试数据,建立了分流型芯管侧缝处颗粒的平衡轨道控制模型。结果表明:分流型芯管开缝面积比增大,旋风管内切向速度和下行流区的轴向速度减小,分流型芯管轴向不同位置开缝使下行流区的范围扩大了2.5倍,分流作用的存在极大地消弱了排气结构下口的“短路流”,控制分流气流量和下行流量合适的比例关系是排气管处流动控制的关键;排尘锥开缝宽度为20mm时,从侧缝喷射出的气流速度要高于灰斗内气流的速度,形成较大的速度梯度,控制侧缝流出气流与灰斗内气流的速度差是排尘口处流动控制的关键。 本文采用商用CFD软件FLUENT对导叶式旋风分离器内的气相流场进行了数值研究,并分析不同排气芯管对旋风分离器内的流场分布、颗粒逃逸的影响规律。结果表明:与常规锥形芯管相比较,分流型芯管能有效提高分离效率,降低能耗。主要由于分流型芯管侧缝起到分流作用,有效降低芯管下口短路流流量,另外,分流型芯管为流经芯管侧缝的气固流提供惯性分离作用。通过颗粒随即轨道模型,跟踪颗粒轨迹,结果发现:经分流型芯管侧缝逃逸的颗粒主要经芯管上部侧缝逃逸。分流型芯管侧缝面积对分离器内气固相流场的影响规律影响明显,研究发现经分流型芯管侧缝流出芯管气流量随芯管侧缝面积增加而增加,当侧缝面积比(分流型芯管面积与芯管下口面积之比)大于2.9时,旋风分离器内气流分配变化不明显;经芯管侧缝逃逸微小颗粒随芯管侧缝面积比增加而增加,经芯管下口逃逸微小颗粒随芯管面积比增加而减小。另外本文还详细研究了分流型芯管侧缝宽度、侧缝角度对旋风分离器内气流分配及颗粒逃逸的影响规律。以上研究对于旋风分离器内颗粒流动控制有一定的参考价值。 在以上气固两相流动控制及分离性能研究的基础上,根据分离性能与气固两相流相似准数的内在联系,应用相似准数分析原理,回归得到了导叶式旋风管分离效率和压降的计算公式,通过与实测数据的验证表明分离性能的计算公式可以满足工程设计的要求。


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