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本文采用数值方法对循环旋风分离器内的气液两相流动进行了系统和全面的研究,包括气相速度场、压力场、湍动能、液滴运动轨迹、液滴分级效率和循环旋风分离器总分离效率等参数,并讨论循环旋风分离器结构参数对分离效率和压降的影响情况。
(1)通过研究确立了一套适合循环旋风分离器模拟的数值计算方法:湍流模型采用雷诺应力模型(RSM);差分格式采用二阶迎风格式;压力梯度项插补格式采用PRESTO格式;计算方法采用SIMPLEC算法;气液两相流采用DPM离散相模型。
(2)循环旋风分离器内的气相主流是双层旋转流,外部是回转向下的外旋转流,而中心是向上旋转的内旋流,且两者的旋转方向相同。切向速度分布呈现出组合涡的特点,中心区域为强制涡,外部区域为准自由涡。
(3)循环旋风分离器内静压在径向上随着径向尺寸的减小而降低;动压在强制涡和准自由涡的分界面CS处最大,分布状态与切向速度的类似。分离器总压的分布类似静压的分布。
(4)循环旋风分离器升气管底端附近的湍动能与湍动耗散率最大,从升气管下端到上端雷诺应力逐渐减小,升气管底端到折流板之间分离空间内雷诺应力比较小。
(5)循环旋风分离器中的液滴运动非常复杂,总的来说,从入口下方入射的液滴较从上方入射的液滴容易分离,大直径较小直径液滴容易分离。采用Rosin-Rammler分布拟合,可以较好的模拟出具有不同直径液滴时的分离效率。
(6)循环旋风分离器的入口速度、升气管上部间隙宽度、折流板尺寸、入口截面、升气管直径、不同升气管插入深度和升气管底端与折流板之间的距离都不是越大越好,需要综合考虑它们的优缺点以及工程造价才能确定。而循环管、防液罩的结构设计提高了循环旋风分离器的分离性能。
循环旋风分离器的数值模拟,不但可以优化循环旋风分离器的结构,而且还可以大大缩短研发周期,具有重要的工程应用价值。