带液滴辅助捕集结构的折板除雾器性能数值模拟及优化

摘要

在过程工业中气相中夹带的液滴如果进入后续工艺会影响工艺的稳定性，进入后续设备可能造成设备的损坏，排放到大气环境中则可能污染环境或造成物料损失。如何经济高效的解决这一问题，具有重要意义。折板除雾器因其结构简单、压降低、不易堵塞、易于冲洗等优点得到了广泛的应用。但是传统的折板除雾器只适用于截留颗粒粒径大于10μm的液滴，本文拟在结构上进行改进，拓展其应用范围，提高截留效率。随着计算机技术的飞速发展，数值模拟方法在折板除雾器的开发过程中应用效果得到认可。本文采用计算流体力学软件FLUENT6.3对带液滴辅助捕集结构的折板除雾器内的流场及液滴轨迹进行数值模拟及结构优化，以期为工业设计提供指导。
　　采用欧拉-拉格朗日方法模拟两相流动，对于气相流场采用SST k-ω湍流模型，离散相采用DPM，不考虑气液两相的耦合，模拟除雾器内部气液两相流动状态。数值模拟结果经过文献数据验证，确定该模拟方法的可靠性，然后研究了2~5m/s进口气速下，引入液滴辅助捕集结构前后的折板除雾器内部流场和液滴轨迹的变化情况，对比了分离效率和进出口总压降两个性能指标。结果表明可见不同进口气速条件下，气液两相流场在液滴辅助捕集结构处产生了涡旋，增大了气流湍动能，同时高速区明显增多，更有利于液滴的捕集，但同时进出口压降有所上升。
　　分析发现液滴辅助捕集结构高度是影响流场、分离效率和进出口压降的主要因素。系统分析了该结构参数对通道内的最大气速值、高速区和低速区面积等参数流场变化参数，以及液滴分离效率和进出口压降等性能参数的影响，获得优化的结构参数。液滴辅助捕集结构高度选取为通道宽度的35％、48%和60%，对于三级结构的除雾器，总共有27种的高度组合方式。结果表明在2~5m/s的进口气速下，建议将第二级液滴辅助捕集结构高度由通道宽度的48%增加到60%，同时尽量不增加第一级和第三级的液滴辅助捕集结构高度，但是当液滴辅助捕集结构高度由通道宽度的35%增加到48%时，建议改变第一级和第三级液滴辅助捕集结构高度，不改变第二级。最后得到2m/s进口气速下，各级液滴辅助捕集结构高度分别为通道宽度的48%、35%、48%时，综合性能最好；在4m/s的进口气速下，各级液滴辅助捕集结构高度分别均为通道宽度的48%时，综合性能最好。

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第一章 文献综述

1.1 课题背景及研究意义

1.2 气液两相分离的基本理论

1.3 除雾器的研究状况

1.4 本文内容

第二章 数值模拟方法

2.1 计算流体力学

2.2 湍流模型

2.3 离散相模型

2.4 模拟方法

2.5 折板除雾器的数值模拟

第三章 折板除雾器内液滴轨迹和流场的数值模拟

3.1 实验验证

3.2 除雾器折板间的流场分布

3.3 除雾器折内液滴运动轨迹分析

3.4 引入液滴辅助捕集结构前后系统压降的变化

3.5 引入液滴辅助捕集结构前后分离效率的变化

3.6 小结

第四章 折板除雾器中液滴辅助捕集结构高度的优化

4.1 液滴辅助捕集结构高度对气相流场的影响

4.2 液滴辅助捕集结构高度对液滴轨迹的影响

4.3 液滴辅助捕集结构高度对压降的影响

4.4 液滴辅助捕集结构高度对分离效率的影响

4.5 不同进口气速下最优高度的选择

4.6 不同进口气速下尾部长度Lw的尺寸优化

4.7 小结

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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