轴入式旋风管两相流特性研究

摘要

随着含尘气体流量的增大,普通的切向入口旋风分离器的尺寸会变得很大,使得除尘效率下降。工程上解决这个问题,一般采用多管式旋风分离器。多管式旋风分离器在能源、化工、环保等许多领域有着广泛的应用,它能适应高温和高压条件,实现对细粉尘的高效分离。对它的关键元件——旋风管分离机理的研究总结,目前还并不完善。旋风管分离器内部的流场比较复杂,使得研究过程存在很大困难。继续深入对旋风管分离器的研究具有重要意义。
　　 本文通过对轴入式旋风管分离器内部流场的模拟研究,为多管式旋风分离器的设计提供一定的理论依据。主要研究了气相流场,气固两相流场以及操作参数与结构参数对旋风管分离器分离性能的影响。
　　 首先通过Gambit建立轴入式旋风管分离器的几何模型,确定计算区域和边界条件,得到适宜的计算网格文件,并验证网格无关性。使用FLUENT计算时,本文的湍流模型采用大涡模型(LES),差分格式为QUICK格式,压力梯度项插补格式为:PRESTO格式,计算方法为SIMPLEC算法。
　　 然后对气相流场进行分析,得出旋风管分离器内主流为双层旋流,并且具有相同的旋转方向。通过考察旋风管分离器内沿切向,轴向,径向三维分速度的分布特征。发现切向速度和轴向速度远大子径向速度,其中,切向速度起主导作用。随后进一步分析了分离器内的压力损失。
　　 颗粒相采用拉格朗日坐标系下随机轨道模型,考虑相间耦合。通过对气固两相流场的模拟分析,给出了颗粒的运动轨迹,并进一步分析了流量、颗粒粒径和颗粒浓度等操作参数对分离效率的影响。
　　 最后通过考察排气管直径,排气管插入深度,排尘结构对旋风管分离器分离性能的影响,给出改进旋风管分离器结构以提高分离性能的依据。
　　 通过数值模拟,能够直观的观察旋风管分离器内流体的流动规律。对于接下来的实验研究,实际应用中的结构尺寸优化具有参考价值。