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基于M模型的低密度物料旋风分离器分离性能研究

邓清方  
【摘要】:旋风分离器作为一种重要的气固分离设备,因其具有结构简单、维护方便、造价低、耐高温高压等优点,在石油、化工、冶金、环保等许多领域有着广泛的应用。使得旋风分离器的研究越来越受到重视。 本文的主要工作是利用Muschelknautz模型(M模型),计算用于低密度物料生产的旋风分离器,得到该旋风分离器的结构尺寸、切割粒径和总压降。同时利用流体力学软件FLUENT对所设计的分离设备进行了数值模拟。研究了纯气相流场、气固两相流场两种情况下的速度变化和浓度变化对分离效率的影响。研究结果表明:旋风分离器内的气相主流是双层旋流,外部是向下旋转的外旋流,中心是向上旋转的内旋流,它们的旋转方向相同的;旋风分离器中旋涡具有不稳定性,它会引起旋风尾部附着在旋风分离器下部壁面并旋转摆动,使得返混现象变严重,同时还会引起结垢现象;旋风分离器的静压力、各方向速度和固体颗粒分离率都随处理气量的增大而增大,流体呈漩涡状沿器壁旋转向下,外旋流的压强较高,内旋流的压强较低,分离器中心处的静压最低,固体颗粒集中分布在中间段的器壁上;随着气体中颗粒浓度的增大,分离总效率及分级效率都逐渐增大,当浓度达到某一定值时,各种粒径颗粒的分离效率都会趋于稳定;M模型预测结果与数值模拟结果非常接近,说明采用M模型对低密度物料旋风分离器进行预测具有较好的准确性。 本文为M模型在低密度物料旋风分离器中的应用研究提出了新思路。同时,通过对旋风分离器的数值模拟,可以优化旋风分离器的结构,大大缩短研发周期,具有重要的工程应用价值。


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