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随着工业装置的大型化,含尘气体处理量也日渐增大,对旋风分离器的处理能力也提出了更高的要求。而旋风分离器由于内外旋涡的相互扰动明显,导致放大效应显著。本文采用数值模拟的方法,对α型旋风分离器内部流场、局部涡及颗粒运动轨迹随直径增大的变化规律进行了研究,并提出了结构改进措施。研究工作为对旋风分离器的工业放大及优化设计提供理论依据。主要研究结论如下:(1)对筒体直径分别为80mm、240mm、320mm、450mm和1000mm的α型旋风分离器进行数值模拟,结果表明,在相同的进口气速条件下,随着直径增大旋风分离器呈现以下变化规律:切向速度逐渐减小,轴向速度分布由倒“V”型变为倒“W”型;锥体段内局部涡流明显增多,最大局部涡的大小由15mm增加到136mm;旋风分离器中心涡核的最大偏离距离由4.27mm增大到48.55mm,且有向排尘口靠近的趋势;排气管底端的“短路流”、排尘口附近的摆尾现象加剧,这都使旋风分离器流场稳定性变差,降低了颗粒的分离效率。(2)随着筒体直径的增大,压降呈增大趋势。对分级效率的数值模拟结果表明:相同粒径颗粒的分离效率随旋风分离器直径增大而降低。旋风分离器的放大效应,对10μm以下细颗粒的分离效率降低更明显,对20μm以上颗粒分离效率的影响不显著。(3)基于流场导流的理念提出在α型旋风分离器圆柱段内设置导流层来降低设备的放大效应,结果表明:增设导流层后导流通道内速度等值线变稀疏,流体流动比较规整,二次涡尺度由原来的0.25降低为0.13;颗粒到壁面的径向距离缩短到原来的1/2,更容易被甩向壁面;在排尘口附近下行流面积所占比例增加到0.28;静压和湍动能都有所降低,对粒径5μm以上颗粒的分离效率提高。(4)通过在导流层开缝对设备结构进一步优化,模拟结果表明:开缝后气流在导流通道内仍作规整的旋转运动,但在开缝部分,内层导流通道的气体有向外层运动的趋势;在排气管下端附近,导流层开缝后最大切向速度的径向位置r/R由0.46减小到0.37,下行流面积所占比例由0.54增大到0.57,最大湍动能由12.5m2/s2降低到10.4m2/s2;在灰斗内壁面附近的切向速度由8.85m/s减小到5.74m/s,最大湍动能由11.0m2/s2降低到3.0m2/s2,旋风分离器的放大效应得到有效改善,有利于颗粒的分离。