直流导叶式旋风分离器内气相流动的数值模拟_王建军

直流导叶式旋风分离器内气相流动的数值模拟_王建军
直流导叶式旋风分离器内气相流动的数值模拟_王建军

文章编号:1000-7466(2011)05-0013-04

直流导叶式旋风分离器内气相流动的数值模拟

王建军1,陆文龙2,高文山1,金有海1

(11中国石油大学机电工程学院,山东东营257061;

2.中海油气电集团有限公司,北京100027)

摘要:利用Fluent软件对直流导叶式旋风分离器内气相流场进行了数值模拟研究。结果表明,在分离空间内,气流流动比较稳定,切向速度呈兰金组合涡分布;在排尘环隙内出现气流分层,一部分气流携带颗粒进入灰斗,而另一部分气流在此处进行二次流动;在排气管内,在变径的开始区域存在二次涡流,而在后边段流动比较稳定。

关键词:直流导叶式旋风分离器;气相流场;数值模拟;三维速度

中图分类号:TQ051.804文献标志码:A

Numerical Simulation of Flow Filed in Uniflow Guide Vanes Tube

W ANG Jian-jun1,LU Wen-long2,GAO Wen-shan1,JIN You-hai1

(1.Colleg e of M echanical and Electronic Eng ineer ing,China U niversity of Petr oleum,

Do ng ying257061,China; https://www.360docs.net/doc/ba6042026.html,OOC Gas&Pow er Gro up,Beijing100027,China)

Abstract:With the help o f Fluent softw ar e,the flow filed in uniflow g uide vanes tube w as in-v estig ated w ith numerical simulatio n.The numerical result indicated that:in the separate zone, the air flow stability in the separ ate zone,the tangential velocity is like Rankine vo rtex,the air separate in the ring-g ap in two parts,one part flow in the ash hoo per w ith the dust,and the sec-o nd par t flow in the seco ndar y backset,in the v ent-pipe,due to the chang e of diam eter,ther e are secondary backset in the first par t,and the fluid flow stability in the behind zone.

Key words:ax ial flow cyclone;flow field;numerical simulatio n;thr ee-dimensional velocity

在天然气的净化过程中,分离装置主要用于清除天然气中的岩屑、沙粒、液滴和其他有害杂质[1]。天然气的净化过程主要有两方面要求:1有较高的分离效率,最大限度除掉天然气里面的杂质颗粒,防止其对后续工艺设备造成堵塞和腐蚀。o有较低的能耗,能耗太大浪费太多,经济性差。直流导叶式旋风分离器是一种高效低阻的分离装置,对天然气中含有的杂质颗粒有很好的清除效果,与反转式旋风分离器不同,气体在直流导叶式旋风分离器内流动不发生流向反转,所以它的阻力系数低,能耗小,处理量大,符合天然气净化过程的两个要求[2~8],因此适合在天然气的净化过程中应用。已有许多学者对直流旋风分离器内流场进行了实验测量,得到了气相流动分布的基本规律[9~11]。笔者应用Fluent 软件提供的雷诺应力模型(RSM)来模拟旋风分离器内的流场[12],对直流导叶式旋风分离器内部的流场进行系统的数值模拟研究,以期为结构的优化及新结构的开发提供参考。

1计算模型及边界条件

1.1物理模型

直流导叶式旋风分离器由进气管、导流叶片、整流锥、分离管、排气管及斗等部件组成,结构简图见图1。其物理模型的坐标原点建立在导流尾锥的顶

第40卷第5期石油化工设备Vo l140N o15 2011年9月P ET RO-CH EM ICAL EQ U IPM EN T Sept.2011

1收稿日期:2011-03-28

作者简介:王建军(1971-),男,河南郏县人,副教授,博士,从事多相流动、分离技术与装备的研究。

点上,x 方向沿分离管轴向,正方向与来流方向相反。含尘气流从进气管进入分离装置,经前整流锥的分流后进入导流叶片,经过导流叶片的造旋作用,含尘气流获得一个较大的切向速度后进入分离管,在分离管内,气流携带颗粒做旋转运动,颗粒被分离到分离管边壁,此后气流携带颗粒沿轴向运动至排尘环隙,大部分颗粒从环隙排入灰斗被收集,少部分

的颗粒随气流从排气管排入大气。

1.排气管

2.灰斗

3.分离管

4.整流锥

5.导流叶片

6.进气管

图1 直流导叶式旋风分离器结构示图

1.2 计算模型

由于旋风分离器内的流动属于三维强旋湍流流动过程,并且流动具有各向异性的特点,所以采用Fluent 软件提供的雷诺应力模型(RSM )来模拟旋风分离器内的流场。在计算的过程中,离散方程采用求解压力-速度耦合方程的半隐算法(SIMPLE ),控制方程中对流项的离散相采用QU ICK 格式,压力差补格式采用PREST O 压力差补格式。

考虑到数值计算的精度,对于本模型的不同区域采用结构化与非结构网格相结合的方法进行网格的划分。对于一些能用结构化的网格进行划分的区域,用结构化的网格进行划分,而对于一些不能用结构化网格进行划分的区域用非结构化的网格进行划分。对于主要的计算区域,计算网格化分得密一些,保证计算精度。

1.3 边界条件

装置内部流动的介质是常温状态下的空气,入口体积流量为226m 3

/h,排气管出口截面上的流动已经充分发展。边界条件设置如下:入口设置为速度入口,气速为8m/s;排气管出口为自然出流;抽气管出口为速度出口,气速为6m/s;进气管、导流

叶片、导流锥、分离管、排气管和灰斗边壁设为壁面,

壁面边界采用无滑移条件,对近壁面网格点用壁面函数近似处理。

2 数值模拟结果分析2.1 模拟值与实验值比较

沿分离管轴向x =40m m 和x =-50mm 这2个截面上切向速度和轴向速度模拟值与在同样操作条件下七孔探针测量的实验值的比较分别见图2和图3。从图中可以看出,模拟值与实验值吻合较好,说明模拟结果与实际流动情况吻合,可以用模拟结果表示旋风分离器内部的实际流动,所以文中对流场的研究以数值模拟的数据为主。

(a)切向速度

(b)轴向速度

图2 x =40mm 截面上切向速度和轴向速度模拟

值与实验值的比较

2.2 模拟结果分析

2.2.1 入口区流场分析

入口段纵剖面流线图见图4。从图中可以看出,在入口段,平行气流从进气管进入分离装置后沿着流线型的整流锥体表面流动,说明此处整流锥对气流有很好的分流作用。气流通过整流锥的分流作用后,进入导流叶片前面的环隙空间,利于进入导流叶片。经过整流锥的分流作用,还可以将流体在此处的流动损失降到最小。

2.2.2 分离空间流场分析

分离段是主要的分离区域,多相在此处进行分离,所以此处的流场应该稳定并且有利于分离。分离

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14# 石 油 化 工 设 备 2011年 第40卷

(a)

轴向速度

(b)切向速度

图3 x =-50mm 截面切向速度与轴向速度模拟值

与实验值的比较

图4 入口段纵剖面流线图

空间内的流场变化主要通过压力变化、速度分布、轴向速度变化和切向速度变化来研究。

分离段纵剖面流线图见图5。从图中可知,在分离空间内速度分布比较稳定,可以保证多相分离的充分进行。并且气流在分离空间内的主要运动可以分为两部分:携带颗粒沿着分离管的轴向运动和

携带颗粒在分离管内做旋转的切向运动。

图5 分离段纵剖面速度矢量图

分离段各截面速度沿轴向的变化见图6。从图中可知,在分离空间内,沿分离段切向速度变化比较小,轴向速度变化比较大。在分离空间内,切向速度

呈驼峰状分布,符合兰金组合涡分布,与参考文献

[10,12]的结果相符。轴向速度分布受排气管影响较大,远离排气管的部分轴向速度在中心处分布较稳定,并且数值比较均匀,而在靠近边壁处,沿径向呈驼峰状分布,离排气管越近的区域,轴向速度分布越不稳定,呈现双驼峰状分布。

(a)切向速度

(b)轴向速度

图6 分离段各截面速度沿轴向变化图

2.2.3 排尘区流场分析

排尘环隙处纵剖面流线图见图7。从图中可知,在环隙内部存在二次涡流,这是由于环隙的进口和出口面积不相等,导致进气量和排气量不相等,有一部分气流留存在环隙内部而形成了二次涡流。从流线的流动可知,在环隙内靠近外壁的气流能顺利流出环隙进入灰斗,而靠近内壁的气流不能顺利流出环隙,在环隙内做二次流动。由于环隙是颗粒的

图7 排尘环隙处纵剖面流线图

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15# 第5期 王建军,等:直流导叶式旋风分离器内气相流动的数值模拟

排出渠道,所以此处的流动对分离效率有较大的影响。而对于排尘,只需有足够的气流将颗粒携带出环隙就可以保证分离效率。通过实验验证本结构的分离效率最高,所以环隙内部的二次涡流不影响分离效率,反而可以阻止灰斗内部的气流进入分离管,从而阻止返混。

2.2.4 排气管内流场分析

排气管纵剖面流线图见图8,排气管纵剖面速

度矢量图见图9。从图中可知,气流从分离管进入排气管后,出现了二次涡流,主要是因为排气管直径的变化,造成气流在此处出现很大能量损失所致。而在排气管后边段,流动逐渐趋于稳定。从流线和速度矢量图可以看出,流动沿轴向变化不大,说明此处流体流动的能量损失比较小,而排气管对于分离的效率并不起作用,此处的能量损耗也是无用损耗,所以降低此处的能量损耗可以节约成本,提高经济

效益。

图8

排气管纵剖面流线图

图9 排气管纵剖面速度矢量图3 结论

(1)在入口段,整流锥对气流具有很好的分流作用,而且流线型的结构将气体流经此处的损失降到最小。

(2)分离空间内的流动比较稳定,压力沿轴向变化较小,沿径向变化比较大,从中心到边壁呈增大的趋势,最小值出现在中心处。切向速度分布具有很好的轴对称性,切向速度的分布形状呈驼峰状,并

且符合兰金组合涡分布。轴向速度分布具有很好的轴对称性,但是分布不稳定,受排气管影响比较严重,远离排气管的区域,从中心至边壁呈先增大后减小的趋势。

(3)在排尘环隙内部存在二次流动,此处流动分层,外层气流携带着颗粒进入灰斗,内层气流出现漩涡流动,二次涡流可以很好地防止返混夹带。

(4)在排气管的开始位置,直径发生变化,气体流动损失增加,出现二次流漩涡。在排气管后边段,流场趋于稳定,三维速度变化较小。

参考文献:

[1] 张良鹤.天然气集输工程[M ].北京:石油工业出版

社,2001.

[2] 徐方成,洪毕生.导叶直流式旋流管分离性能的研究

[J].厦门大学学报(自然科学版),2002,41(2):222-224.

[3] 张 艳,金有海,王建军,等.排气结构对导叶式旋风

管分离性能的影响[J].石油化工设备,2007,36(2):18-22.

[4] 付双成,孙国刚,高翠芝.导叶式直流旋风分离器的研

究与应用现状[J].过滤与分离,2008,18(2):11-13.[5] 任相军,王振波,金有海.轴流式气液旋流分离器性能

试验研究[J].石油化工设备,2009,38(3):16-20.[6] T rond A ust rheim A,L ar s H Gjertsen A ,A lex C.

H offmann.Ex per imental Investig ation of the Perfo rm -ance of a Lar ge -scale Scrubber O perat ing at Elevated Pressure on L iv e natur al Gas[J].Fuel,2008,87:1281-1287.

[7] 柳玉辉,任相军,王振波,等.轴流式气液旋流分离器

压降计算[J].石油化工设备,2010,39(1):10-13.[8] Luis A C Klujszo ,M enachem Rafaelof,Raj K Rajama -ni.D ust Collectio n P erfo rmance of a Sw ir l A ir Cleaner [J].Pow der T echno log y ,1999,103:130-138.

[9] 黄 震,呈紫润.直流式旋风除尘器流场实验研究

[J].江苏环境科技,1996,(1):1-4.

[10]林 玮,张宇宏,王乃宁.直流式旋风分离器内部流场

的实验研究[J].华东工业大学学报,1997,19(3):26-30.

[11]宗润宽,卢 泽,姜正良,等.直筒型导叶直流式三相旋

流器气相流场的实验研究[J].化工装备技术,2004,25(2):15-18.

[12]SH EN L-i juan,H U Y an -feng,CH EN Jian -zhong,et

al.Numerical Simulation of the F lo w F ield in a Dense -M edia Cy clone [J].M ining Science and T echnolog y,2009,19:225-229.

(杜编)

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16# 石 油 化 工 设 备 2011年 第40卷

两种入口旋风分离器数值模拟对比

两种入口截面形式的旋风分离器流动分布的对比研究 魏彦海 (中国石油大学 储运与建筑工程学院,山东 青岛266555) 摘要:针对旋风分离器内部的气相流动,采用RNG ε-k 双方程湍流模型模拟得到不同截面形状旋风分离器内气相流场分布,同时,使用随机轨道模型模拟得出不同粒径时的颗粒轨迹。结果表明,长方形入口相比于正方形入口来说,能使分离器内部连续相流场和分散相的轨迹更加条理和规整,因此旋风分离器一般使用长方形入口形式。 关键词:旋风分离器;入口截面;RNG 模型;数值模拟 Study on Flow in Two Different Inlet Cross-section Cyclone Wei Yan-hai (College of Pipeline and Civil Engineering in China University of Petroleum, Qingdao26655, China ) Abstract: The gas flow distribution in two different inlet cross-section cyclone is simulated by using RNG model. Meanwhile, the discrete phase model is used to get the track distribution of different size particles. The results show that the gas flow distribution and particle track in quadrate inlet cross-section cyclone is more neat and regular than foursquare inlet cross-section. So the cyclone mostly use quadrate inlet cross-section. Key words: cyclone separator; inlet cross-section; RNG model; numerical simulation 旋风分离器是利用离心场中的介质的密度差将固体颗粒从气体中分离出来的一种分离设备。旋风分离器具有结构简单、成本低廉、无运动部件、能适用于苛刻的生产条件等优点。因此广泛应用在石油化工、煤炭发电和环境保护等部门。旋风分离器的结构形式对分离器的内部流场和分离效率有较大的影响,许伟伟[1]等人就研究了直切式和涡壳式旋风分离器内不同的流场分布,得出涡壳式进口具有更适合造旋,分离空间切向速度比直切式大,气流旋转强度高等优点的结论。笔者采用CFD 软件FLUENT 对具有相同截面积的不同截面形状的直切式旋流风分离器进行了内部流场模拟,揭示了其对分离性能和流场分布的影响机理,为旋风分离器的结构设计提供参考。 1 数学模型与边界条件 1.1数学模型的选择 目前旋风分离器中气相旋流数值模拟的计算模型主要有标准ε-k 模型、RNG 模 型、雷诺应力模型(RSM )以及代数应力模型(ASM )。标准ε-k 模型具有简单、计算速度快等优点,但是它基于各向同性假设,对于各向非同性湍流的强湍流分离器流场的模拟偏差较大。代数应力模型(ASM )虽然能够模拟湍流各向异性,但是对各向异性特征的描述能力有限。RSM 模型虽然是最适合求解各向异性湍流运动的,但是RSM 模型在三维情况下需要求解7个方程,比双方程模型多了3倍还多,计算量比较大,因此笔者采用RNG ε-k 双方程湍流模型进行模拟。 RNG ε-k 双方程湍流模型的控制方程是: ρεμαρρ++??? ? ????????=??+??k j eff k j i i G x k x x ku t k )()( k C G k C x x x u t k j eff j i i 2 21)()(ερεεμαρερεε εε-+??? ????????? =??+??* 其中,

旋风分离器计算

作成 作成::时间时间::2009.5.14 一、問題提出 PHLIPS FC9262/01 這款吸塵器不是旋風除塵式的,現在要用這款吸塵器測參數選擇旋風分離裝置。二、計算過程 1.選擇工作狀況選擇工作狀況:: 根據空氣曲線選擇吸入效率最高點的真空度和流量作為旋風分離器的工作狀態。 吸塵器旋風分離器選擇 Bryan_Wang

已知最大真空度h和最大流量Q,則H-Q曲線的兩個軸截距已知,可確H-Q直線的方程。 再在這個直線上求得吸入功率H*Q最高點(求導數得)。求解過程不再詳述。求得最大吸入功率時真空度H=16.5kPa;流量Q=18.5L/s;吸入功率P2=305.25w 現將真空度及流量按照吸入功率計算值與實際值的比例放大,得真空度H=18.3kPa;流量Q=20.5L/s;2.選擇旋風分離器 為使旋風分離裝置體積最小,選擇允許的最小旋風分離器尺寸。一般旋風分離器筒體直徑不小于50mm,故選擇筒體直徑為50mm。按照標準旋風分離器的尺寸比例,確定旋風除塵器的結構尺寸。 D0=50mm b=12.5mm a=25mm de=25mm h0=20mm h=75mm H-h=100mm D2=12.5mm 計算α約為11度 發現計算得到的吸入功率最大值與產品標稱值375W相差一些,可能是由于測量誤差存在以及壓力損失的原因。

一般要求旋風分離器進氣速度不超過25m/s,這里取旋風分離器進氣速度為22m/s. 計算入口面積為S=3.125e-4平方米。 則單個旋風除塵器流量為Q=6.9e-3平方米/秒則所需旋風除塵器個數為3個計算分級效率 根據GB/T 20291-2006吸塵器標準,這里使用標準礦物灰塵,為大理石沙。进气粒径分布 103058 10019037575015002010 10102016113 顆粒密度ρp=2700kg/m3 進口含塵濃度取為10g/Nm3,大致選取空氣粘度μ=1.8e-6Pa*s 按照以下公式計算顆粒分級效率: 平均粒徑(μm)比重(%)

旋风分离器设计方案

旋风分离器设计方案 用户:特瑞斯信力(常州)燃气设备有限公司 型号: XC24A-31 任务书编号: SR11014 工作令: SWA11298 图号: SW03-020-00 编制:日期:

本设计中旋风分离器属于中压容器,应以安全为前提,综合考虑质量保证的各个环节,尽可能做到经济合理,可靠的密封性,足够的安全寿命。设计标准如下: a. TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 b. GB150-1998《钢制压力容器》 c. HG20584-1998《钢制化工容器制造技术要求》 d. JB4712.2-2007《容器支座》 2、旋风分离器结构与原理 旋风分离器结构简单、造价低廉,无运动部件,操作范围广,不受温度、压力限制,分离效率高。一般主要应用于需要高效除去固、液颗粒的场合,不论颗粒尺寸大小都可以应用,适用于各种燃气及其他非腐蚀性气体。 说明: 旋风分离器的总体结构主要由:进 料布气室、旋风分离组件、排气室、 集污室和进出口接管及人孔等部分组 成。旋风分离器的核心部件是旋风分 离组件,它由多根旋风分离管呈叠加 布置组装而成。 旋风管是一个利用离心原理的2 英寸管状物。待过滤的燃气从进气口 进入,在管内形成旋流,由于固、液 颗粒和燃气的密度差异,在离心力的 作用下分离、清洁燃气从上导管溜走, 固体颗粒从下导管落入分离器底部, 从排污口排走。由于旋风除尘过滤器 的工作原理,决定了它的结构型式是 立式的。常用在有大量杂物或有大量 液滴出现的场合。

其设计的主要步骤如下: ①根据介质特性,选择合适的壳体材料、接管、法兰等部件材料; ②设计参数的确定; ③根据用户提供的设计条件及参数,根据GB150公式,预设壳体壁厚; ④从连接的密封性、强度等出发,按标准选用法兰、垫片及紧固件; ⑤使用化工设备中心站开发的正版软件,SW6校核设备强度,确定壳体厚度及接管壁厚; ⑥焊接接头型式的选择; ⑦根据以上的容器设计计算,画出设计总设备图及零件图。 4、材料的选择 ①筒体与封头的材料选择: 天然气最主要的成分是甲烷,经过处理的天然气具有无腐蚀性,因此可选用一般的钢材。由操作条件可知,该容器属于中压、常温范畴。在常温下材料的组织性和力学性能没有明显的变化。综合了材料的机械性能、焊接性能、腐蚀情况、强度条件、钢板的耗材量与质量以及价格的要求,筒体和封头的材料选择钢号为Q345R的钢板,使用状态为热轧(设计温度为-20~475℃,钢板标准GB 713-2008 锅炉和压力容器用钢板)。 ②接管的材料选择: 根据GB150《钢制压力容器》引用标准以及接管要求焊接性能较好且塑性好的要求,故选择16Mn号GB6479《高压化肥设备用无缝钢管》作各型号接管。因设备设计压力较高,涉及到开孔补强问题,在后面的强度计算过程中,选择16MnII锻件作为接管材料。 ③法兰的材料选择: 法兰选用ASME B16.5-2009钢制管法兰,材质:16MnII,符合NB/T47008-2009压力容器用碳素钢和低合金钢锻件标准。 ④其他附件用材原则: 与受压件相焊的的垫板,选用与壳体一致的材料:Q345R GB713-2008; 其余非受压件,选用Q235-B GB3274 《碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板和

旋风分离器

旋风分离器 一、概念 旋风分离器,是利用离心力分离气流中固体颗粒或液滴的设备。二、基本信息 作用:使气固液分离 分离效率:97% 分离精度:可除去≥10μm的固体颗粒 三、设备介绍 利用离心力分离气流中固体颗粒或液滴的设备。 四、工作原理 为靠气流切向引入造成的旋转运动,使具有较大惯性离心力的固体颗粒或液滴甩向外壁面分开。是工业上应用很广的一种分离设备。 五、性能指标

分离精度 旋风分离器的分离效果:在设计压力和气量条件下,均可除去≥10μm 的固体颗粒。在工况点,分离效率为99%,在工况点±15%范围内,分离效率为97%。 压力降 正常工作条件下,单台旋风分离器在工况点压降不大于0.05MPa。 设计使用寿命 旋风分离器的设计使用寿命不少于20年。 六、结构设计 旋风分离器采用立式圆筒结构,内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。内装旋风子构件,按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定;设备采用裙座支撑,封头采用耐高压椭圆型封头。 设备管口提供配对的法兰、螺栓、垫片等。 通常,气体入口设计分三种形式: a) 上部进气 b) 中部进气 c) 下部进气

对于湿气来说,我们常采用下部进气方案,因为下部进气可以利用设备下部空间,对直径大于300μm或500μm的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。而对于干气常采用中部进气或上部进气。上部进气配气均匀,但设备直径和设备高度都将增大,投资较高;而中部进气可以降低设备高度和降低造价。 七、应用范围 旋风分离器适用于净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操作方便、耐高温、设备费用和阻力较高(80~160毫米水柱)的净化设备,旋风除尘器在净化设备中应用得最为广泛。改进型的旋风分离器在部分装置中可以取代尾气过滤设备。

旋风分离器的设计(苍松参考)

旋风分离器的设计 姓名:顾一苇 班级:食工0801 学号:2008309203499 指导老师:刘茹 设计成绩:

华中农业大学食品科学与技术学院 食品科学与工程专业 2011年1月14日 目录 第一章、设计任务要求与设计条件 (3) 第二章、旋风分离器的结构和操作 (4) 第三章、旋风分离器的性能参数 (6) 第四章、影响旋风分离器性能的因素 (8) 第五章、最优类型的计算 (11) 第六章、旋风分离器尺寸说明 (19) 附录 1、参考文献 (20)

任务要求 1.除尘器外筒体直径、进口风速及阻力的计算 2.旋风分离器的选型 3.旋风分离器设计说明书的编写 4.旋风分离器三视图的绘制 5.时间安排:2周 6.提交材料含纸质版和电子版 设计条件 风量:900m3/h ; 允许压强降:1460Pa 旋风分离器类型:标准型 (XLT型、XLP型、扩散式) 含尘气体的参数: ?气体密度:1.1 kg/m3 ?粘度:1.6×10-5Pa·s ?颗粒密度:1200 kg/m3 ?颗粒直径:6μm

旋风分离器的结构和操作 原理: ?含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入,沿圆筒内壁作旋转流动。 ?颗粒的离心力较大,被甩向外层,气流在内层。气固得以分离。 ?在圆锥部分,旋转半径缩小而切向速度增大,气流与颗粒作下螺旋运动。 ?在圆锥的底部附近,气流转为上升旋转运动,最后由上部出口管排出; ?固相沿内壁落入灰斗。 旋风分离器不适用于处理粘度较大,湿含量较高及腐蚀性较大的粉尘,气量的波动对除尘效果及设备阻力影响较大。 旋风分离器结构简单,造价低廉,无运动部件,操作范围广,不受温度、压力限制,分离效率高。一般用于除去直径5um以上的尘粒,也可分离雾沫。对于直径在5um以下的烟尘,一般旋风分离器效率已不高,需用袋滤器或湿法捕集。其最大缺点是阻力大、易磨损。

发酵设备:发酵逃液控制之旋风分离器

发酵设备:发酵逃液(escaping of fermentation broth)控制之旋风分离器 2016-06-27旋风小子发酵工程 旋风分离器的作用 旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴,达到气固液分离,以保证管道及设备的正常运行。 工作原理 净化天然气通过设备入口进入设备内旋风分离区,当含杂质气体沿轴向进入旋风分离管后,气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转,气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体,密度大的液滴和尘粒在离心力作用下被甩向器壁,并在重力作用下,沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部储液区,从设备底部的出液口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动,向上形成二次涡流经导气管流至净化天然气室,再经设备顶部出口流出。 性能指标 分离精度旋风分离器的分离效果:在设计压力和气量条件下,均可除去≥10μm的固体颗粒。在工况点,分离效率为99%,在工况点±15%范围内,分离效率为97%。压力降正

常工作条件下,单台旋风分离器在工况点压降不大于0.05MPa。设计使用寿命旋风分离器的设计使用寿命不少于20年。 结构设计 旋风分离器采用立式圆筒结构,内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。内装旋风子构件,按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定;设备采用裙座支撑,封头采用耐高压椭圆型封头。设备管口提供配对的法兰、螺栓、垫片等。 通常,气体入口设计分三种形式:a) 上部进气b) 中部进气c) 下部进气 对于湿气来说,我们常采用下部进气方案,因为下部进气可以利用设备下部空间,对直径大于300μm或500μm的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。而对于干气常采用中部进气或上部进气。上部进气配气均匀,但设备直径和设备高度都将增大,投资较高;而中部进气可以降低设备高度和降低造价。 应用范围及特点 旋风除尘器适用于净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操作方便、耐高温、设备费用和阻力较高(80~160毫米水柱)的净化设备,旋风除尘器在净化设备中应用得最为广泛。改进型的旋风分离器在部分装置中可以取代尾气过滤设备。 旋风分离器在谷氨酸发酵中的应用情况 在谷氨酸发酵过程中,需不断向发酵液通入无普通的旋风分离器回收逃液,由于分离效率较低,如茵空气,茵体对数生长期以后,由于通风量较大、茵果不及时流加消泡剂,逃液现象相当严重,对发酵造成不良的影响,轻则将造成浪费,重则将造成染菌。在多个谷氨酸发酵罐上安装我们设计的高效旋风分离器,经过一段时间的生产运行,我们发现消泡剂的单耗大幅度下降,由原来生产1吨谷氨酸平均消耗消泡剂9.0公斤以上降低至3—4公斤;且放罐体积比原来增加12%左右,产酸指标不受影响,单罐产量相应地增加了;由于减少了逃液机会,即减少了发酵液的浪费,糖酸转化率比原来提高了0.5%左右;虽然发酵罐装液量增加会导致搅拌功率比原来稍微增加,但由于单罐产量增加的幅度较大,使生产谷氨酸用电单耗还是下降了8%左右;由于单罐产量比原来增加12%左右,生产谷氨酸的蒸汽单耗比原来下降了10%左右。下面以200m 发酵罐为例列举具体数据,发酵罐改装高效旋风分离器后每生产1吨谷氨酸所产生的直接经济效益。从表3的数据可以看出,209m 发酵罐改用高效旋风分离器后每生产1吨谷氨酸可节省人民币约183.6元,对于年产5万吨谷氨酸的工厂来说,一年可节省918万元。 经过较长时间在谷氨酸发酵中的应用,随着高效旋风分离器的技术成熟,所带来的经济效益可观,可推广应用于其它通气搅拌发酵行业。

旋风分离器设计计算的研究.

文章编号:1OO8-7524C 2OO3D O8-OO21-O3 IMS P 旋风分离器设计计算的研究 蔡安江 C 西安建筑科技大学机电工程学院, 陕西西安 摘要:在理论研究和设计实践的基础上, 提出了旋风分离器的设计计算方法O 关键词:旋风分离器9压力损失9分级粒径9计算中图分类号:TD 922+-5 文献标识码:A 71OO55D O 引言 旋风分离器在工业上的应用已有百余年历 离器性能的关键指标压力损失AP 作为设计其筒体直径D O 的基础, 用表征旋风分离器使用性能的关键指标分级粒径dc 作为其筒体直径D O 的修正依据, 来高效~准确~低成本地完成旋风分离器的设计工作O 1 压力损失AP 的计算方法 压力损失AP 是设计旋风分离器时需考虑的关键因素, 对低压操作的旋风分离器尤其重要O 旋风分离器压力损失的计算式多是用实验数据关联成的经验公式, 实用范围较窄O 由于产生压力损失的因素很多, 要详尽计算旋风分离器各部分的压力损失, 我们认为没有必要O 通常, 压力损失的表达式用进口速度头N H 表示较为方便O 进口速度头N H 的数值对任何旋风分离器将是常数O 目前, 使用的旋风分离器为减少压

力损失和入口气流对筒体内气流的撞击~干扰以及其内旋转气流的涡流, 进口形式大多从切向进口直入式改为18O ~36O 的蜗壳式, 但现有文献上的压力损失计算式均只适用于切向进口, 不具有通用性, 因此, 在参考大量实验数据的基础上, 我们提出了压力损失计算的修正公式, 即考虑入口阻力系数, 使其能适用于各种入口型式下的压力损失计算O 修正的压力损失计算式是: 史O 由于它具有价格低廉~结构简单~无相对运动部件~操作方便~性能稳定~压力损耗小~分离效率高~维护方便~占地面积小, 且可满足不同生产特殊要求的特点, 至今仍被广泛应用于化工~矿山~机械~食品~纺织~建材等各种工业部门, 成为最常用的一种分离~除尘装置O 旋风分离器的分离是一种极为复杂的三维~二相湍流运动, 涉及许多现代流体力学中尚未解决的难题, 理论研究还很不完善O 各种旋风分离器的设计工作不得不依赖于经验设计和大量的工业试验, 因此, 进行提高旋风分离器设计计算精度~提高设计效率, 降低设计成本的研究工作就显得十分重要O 科学合理地设计旋风分离器的关键是在设计过程中充分考虑其所分离颗粒的特性~流场参数和运行参数等因素O 一般旋风分离器常规设计的关键是确定旋风分离器的筒体直径D O , 只要准确设计计算出筒体直径D O , 就可以依据设计手册完成其它结构参数的标准化设计O 鉴于此, 我们在理论研究和设计实践的基础上, 提出了分级用旋风分离器筒体直径D O 的计算方法O 即用表征旋风分 收稿日期:2OO3-O3-O3 -21- AP = CjPV j 7N H 2

旋风分离器计算结果

旋风除尘器性能的模拟计算 一、下图为旋风除尘器几何形状及尺寸,如图1所示,图中D、L 及入口截面的长宽比在数值模拟中将进行变化与调整,其余参数保持不变。 图1 旋风分离器几何形状及尺寸(正视图)

旋风分离器的空间视图如图2所示。 图2 旋风分离器空间视图 二、旋风分离器数值仿真中的网格划分 仿真计算时,首先对旋风除尘器进行网格划分处理,计算网格采用非结构化正交网格,如图3所示。

图3 数值仿真时旋风分离器的网格划分(空间) 图4为从空间不同角度所观测到的旋风分离器空间网格。 图4 旋风分离器空间网格空间视图 本数值仿真生成的非结构化空间网格数大约为125万,当几何尺寸(如D、L及长宽比)改变时,网格数会略有变化。 三、对旋风分离器的数值模拟仿真 采用混合模型,应用Eulerian(欧拉)模型,欧拉方法,对每种工况条件下进行旋风分离器流场与浓度场的计算,计算残差<10-5,每种工况迭代约50000步,采用惠普工作站计算,CPU耗时约12h。 以下是计算结果的后处理显示结果。由于计算算例较多,此处仅列出了两种工况条件下的计算后处理结果。 图5是L=1.3m,D=1.05m 入口长宽比1:3,入口速度10m/s时,在y=0截面(旋风分离器中心截面)上粒径为88微米烟尘的体积百分数含量分布图。可以明显看出由于旋风除尘器的离心作用,灰尘被

甩到外壁附近,而在靠近中心排烟筒下方筒壁四周,烟尘的体积浓度最大。 粒径88微米烟尘的空间浓度分布(空间) 粒径88微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面)

粒径200微米烟尘的空间浓度分布(空间) 粒径200微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面) 图5 L=、D=、长宽比1:3,入口速度10m/s时烟尘空间分布

旋风分离器工作原理

旋风分离器的作用 旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴,达到气固液分离,以保证管道及设备的正常运行。 工作原理 净化天然气通过设备入口进入设备内旋风分离区,当含杂质气体沿轴向进入旋风分离管后,气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转,气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体,密度大的液滴和尘粒在离心力作用下被甩向器壁,并在重力作用下,沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部储液区,从设备底部的出液口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动,向上形成二次涡流经导气管流至净化天然气室,再经设备顶部出口流出。 性能指标 分离精度旋风分离器的分离效果:在设计压力和气量条件下,均可除去≥10μm的固体颗粒。在工况点,分离效率为99%,在工况点±15%范围内,分离效率为97%。压力降正常工作条件下,单台旋风分离器在工况点压降不大于0.05MPa。设计使用寿命旋风分离器的设计使用寿命不少于20年。 结构设计 旋风分离器采用立式圆筒结构,内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。内装旋风子构件,按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定;设备采用裙座支撑,封头采用耐高压椭圆型封头。设备管口提供配对的法兰、螺栓、垫片等。通常,气体入口设计分三种形式:a) 上部进气b) 中部进气c) 下部进气对于湿气来说,我们常采用下部进气方案,因为下部进气可以利用设备下部空间,对直径大于300μm或500μm 的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。而对于干气常采用中部进气或上部进气。上部进气配气均匀,但设备直径和设备高度都将增大,投资较高;而中部进气可以降低设备高度和降低造价。 应用范围及特点

旋风分离器设计

旋风分离器设计中应该注意的问题 旋风分离器被广泛的使用已经有一百多年的历史。它是利用旋转气流产生的离心力将尘粒从气流中分离出来。旋风分离器结构简单,没有转动部分。但人们还是对旋风分离器有一些误解。主要是认为它效率不高。还有一个误解就是认为所有的旋风分离器造出来都是一样的,那就是把一个直筒和一个锥筒组合起来,它就可以工作。旋风分离器经常被当作粗分离器使用,比如被当做造价更高的布袋除尘器和湿式除尘器之前的预分离器。 事实上,需要对旋风分离器进行详细的计算和科学的设计,让它符合各种工艺条件的要求,从而获得最优的分离效率。例如,当在设定的使用范围内,一个精心设计的旋风分离器可以达到超过99.9%的分离效率。和布袋除尘器和湿式除尘器相比,旋风分离器有明显的优点。比如,爆炸和着火始终威胁着布袋除尘器的使用,但旋风分离器要安全的多。旋风分离器可以在1093 摄氏度和500 ATM的工艺条件下使用。另外旋风分离器的维护费用很低,它没有布袋需要更换,也不会因为喷水而造成被收集粉尘的二次处理。 在实践中,旋风分离器可以在产品回收和污染控制上被高效地使用,甚至做为污染控制的终端除尘器。 在对旋风分离器进行计算和设计时,必须考虑到尘粒受到的各种力的相互作用。基于这些作用,人们归纳总结出了很多公式指导旋风分离器的设计。通常,这些公式对具有一致的空气动力学形状的大粒径尘粒应用的很好。在最近的二十年中,高效的旋风分离器技术有了很大的发展。这种技术可以对粒径小到5微米,比重小于1.0的粒子达到超过99%的分离效率。这种高效旋风分离器的设计和使用很大程度上是由被处

理气体和尘粒的特性以及旋风分离器的形状决定的。同时,对进入和离开旋风分离器的管道和粉尘排放系统都必须进行正确的设计。工艺过程中气体和尘粒的特性的变化也必须在收集过程中被考虑。当然,使用过程中的维护也是不能忽略的。 1、进入旋风分离器的气体 必须确保用于计算和设计的气体特性是从进入旋风分离器的气体中测量得到的,这包括它的密度,粘度,温度,压力,腐蚀性,和实际的气体流量。我们知道气体的这些特性会随着工艺压力,地理位置,湿度,和温度的变化而变化。 2、进入旋风分离器的尘粒 和气体特性一样,我们也必须确保尘粒的特性参数就是从进入旋风分离器的尘粒中测量获得的。很多时候,在想用高效旋风分离器更换低效旋风分离器时,人们习惯测量排放气流中的尘粒或已收集的尘粒。这种做法值得商榷,有时候是不对的。 获得正确的尘粒信息的过程应该是这样的。首先从进入旋风分离器的气流中获得尘粒样品,送到专业实验室决定它的空气动力学粒径分布。有了这个粒径分布就可以计算旋风分离器总的分离效率。 实际生产中,进入旋风分离器的尘粒不是单一品种。不同种类的尘粒比重和物理粒径分布都不相同。但空气动力学粒径分布实验有机地将它们统一到空气动力学粒径分布中。 3、另外影响旋风分离器的设计的因素包括场地限制和允许的压降。例如,效率和场地限制可能会决定是否选用并联旋风分离器,或是否需要加大压降,或两者同时采用。 4、旋风分离器的形状 旋风分离器的形状是影响分离效率的重要因素。例如,如果入口

旋风分离器参考文献

参考文献 [1]金国淼等.除尘设备[M].北京:化学工业出版社,2002:1-300 [2]Louis E. Stein, Alex. C. Hoffmann.旋风分离器-原理、设计和工程应用[M].北京,化学工业出版社,2004:1-78 [3]国家环保局标准处.中华人民共和国国家标准环境空气质量标准[J],油气田环境保护,1996(04 ) [4]姚玉英,黄凤廉,陈常贵等.化工原理[M].天津:天津大学出版社,1999:138 [5]舒帆.影响旋风除尘器除尘效率的因素分析[J],粮食加工.2008, 33 (3):73-75 [6]韩占忠,王敬,兰小平.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2004:20 [7]魏志军,张平.旋风分离器气相流场的数值模拟[J].北京理工大学学报.2000, 20 (5):19-21 [8]嵇鹰,张红波,田耀鹏等.进口位置对旋风分离器特性影响的数值模拟[J].金属矿山,2008, 387 (3):127-129 [9]岑可法,倪明江,骆仲泱等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社, 2002:511-540 [10]陈明绍,吴光兴,张大中等.除尘技术的基本原理与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,1981:333-518 [11]钱付平,章名耀.基于边界层理论旋风分离器分离效率的改进模型[J],中国电机工程学报.2007, 27 (5):71-74 [12]Hoffmann A C, Stein L E. Gas cyclones and twirl tubes:principles,design and operation [M]. Springer-Verlag,Berlin,Heidelberg,2002,169. [13]Leith D, Licth W. The collection efficiency of cyclone type particle collector. A new theoretical approach[J]. AIChE Symp Series,1972,126 (68):196-206. [14]Obermair S,Woisetschlager J,Staudinger G.Investigation of the flow pattern in different dust outlet geometries of a gas cyclone by laser Doppler anemometry[J].Powder Technology,2003,2-3 (138):239-251 [15]Zhao Bingtao.Development of a new method for evaluating cyclone efficiency[J].Chem. Eng. Process,2005, 1 (44):447-451 [16]金有海,时铭显.旋风分离器分离性能计算模型分析[J].石油大学学报(自然科学版),1991, 2 (15):81-91. [17]王立新,李会平.多效旋风分离器[P].中国专利:公开号CN01391239.2009-3-25. [18]BOYSAN F, AYER WH, SWITHENBANK J A, ―Fundamental mathematical-modeling approach t o cyclone design‖, Transaction of Institute Chemical Engineers, 1982, (60): 222-230. [19]HOEKSTRA A.J., DERKSEN J.J., H.E.A. VAN DEN AKKER ―An experimental and numerical study of turbulent swirling flow in gas cyclones‖, Chemical Engineering Science 1999 (54) :2055-2056. [20]PANT K., CROWE C.T., IRVING P., ―On the design of miniature cyclone for the collection

LPG气液分离器原理

气液分离器的工作原理 饱和气体在降温或者加压过程中,一部分可凝气体组分会形成小液滴·随气体一起流动。 气液分离器作用就是处理含有少量凝液的气体,实现凝液回收或者气相净化。 其结构一般就是一个压力容器,内部有相关进气构件、液滴捕集构件。 一般气体由上部出口,液相由下部收集。 汽液分离罐是利用丝网除沫,或折流挡板之类的内部构件,将气体中夹带的液体进一步凝结,排放,以去除液体的效果。 基本原理是利用气液比重不同,在一个突然扩大的容器中,流速降低后,在主流体转向的过程中,气相中细微的液滴下沉而与气体分离,或利用旋风分离器,气相中细微的液滴被进口高速气流甩到器壁上,碰撞后失去动能而与转向气体分离。 QQ截图未命名.gif (93.74 KB) 分离器的结构与原理相辅相成,分离器不止是分离气液也分离气固,如旋风除尘器原理是利用离心力分离气体中的固体. 气液分离器,根据分离器的类型不同,有旋涡分离,折留板分离,丝网除沫器, 旋涡分离主要是根据气体和液体的密度,做离心运动时,液体遇到器壁冷凝分离。 基本都是利用沉降原理的,瞬间扩大管道半径,造成压降,温度等的变化,达到分离的目的. 使用气液分离器一般跟后系统有关,因为气体降温减压后会出现部分冷凝而后系统设备处理需要纯气相或液相,所以

主反应后装一个气液分离器静止分离出气相和液相给后系统创造条件。。。 工厂里常见的气液分离器是利用闪蒸的原理,闪蒸就是介质进入一个大的容器,瞬间减压气化并实现气液分离,出口气相中含饱和水,而游离的水和比重大的液滴会由于重力作用分离出来,另外分离器一般带捕雾网,通过捕雾网可将气相中部分大的液滴脱除。 气液分离器无非就是让互相混杂的气相液相各自聚合成股,液滴碰撞聚结,气体除去液滴后上升,从而达到分离的目的。 原理是利用气液比重不同,在一个突然扩大的容器中,流速降低后,在主流体转向的过程中,气相中细微的液滴下沉而与气体分离,或利用旋风分离器,气相中细微的液滴被进口高速气流甩到器壁上,碰撞后失去动能而与转向气体分离。算过一个气液分离器就是一个简单的压力容器,里面有相应的除沫器一清除雾滴。 气液分离器其基本原理是利用惯性碰撞作用,将气相中夹带的液滴或固体颗粒捕集下来,进而净化气相或获得液相及固相。其为物理过程,常见的形式有丝网除雾器、旋流板除雾器、折板除雾器等。 单纯的气液分离并不涉及温度和压力的关系,而是对高速气流(相对概念)夹带的液体进行拦截、吸收等从而实习分离,旋流挡板等在导流的同时,为液体的附着提供凭借,就好像空气中的灰尘要有物体凭借才能停留下来一样。而不同分离器在设计时,还优化了分离性能,如改变温度、压力、流速等 气液分离是利用在制定条件下,气液的密度不同而造成的分离。 我觉得较好的方法是利用不同的成分其在不同的温度或压力下熔沸点的差异,使其发生相变,再通过不同相的物理性质的差异进行分离 饱和气体在降温或者加压过程中,一部分可凝气体组分会形成小液滴·随气体一起流动。 气液分离器作用就是处理含有少量凝液的气体,实现凝液回收或者气相净化。 其结构一般就是一个压力容器,内部有相关进气构件、液滴捕集构件。 一般气体由上部出口,液相由下部收集。 化工厂中的分离器大都是丝网滤分离气液,这种方法属于机械式分离,原理就是气体分子小可以通过丝网空隙,而液态分子大,被阻分离开, 还有一种属于螺旋式分离,气体夹带的液体由分离器底部螺旋式上升,液体被碰撞“长大”最终依靠重力下降,有时依靠降液管引至分离器底部 气液分离器,出气端一般在上,因为比重低,内部空气被抽离,或在出气端连气泵 而液体经旋转,再次冷凝下降从下部排出 利用气体与液体的密度不同。。从而将气体与液体进行隔离开来 1、气液分离器有多种形式。 2、主要原理是:根据气液比重不同,在较大空间随流速变化,在主流体转向的过程中,气相中细微的液滴

旋风分离器的设计

旋风分离器的设计公司内部编号:(GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-

旋风分离器的设计 姓名:顾一苇 班级:食工0801 指导老师:刘茹 设计成绩: 华中农业大学食品科学与技术学院 食品科学与工程专业 2011年1月14日 目录 第一章、设计任务要求与设计条件 (3) 第二章、旋风分离器的结构和操作 (4) 第三章、旋风分离器的性能参数 (6) 第四章、影响旋风分离器性能的因素 (8) 第五章、最优类型的计算 (11) 第六章、旋风分离器尺寸说明 (19) 附录 1、参考文献 (20) 任务要求 1.除尘器外筒体直径、进口风速及阻力的计算 2.旋风分离器的选型 3.旋风分离器设计说明书的编写 4.旋风分离器三视图的绘制

5.时间安排:2周 6.提交材料含纸质版和电子版 设计条件 风量:900m3/h ; 允许压强降:1460Pa 旋风分离器类型:标准型 (XLT型、XLP型、扩散式) 含尘气体的参数: 气体密度: kg/m3 粘度:×10-5Pa·s 颗粒密度:1200 kg/m3 颗粒直径:6μm 旋风分离器的结构和操作 原理: 含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入,沿圆筒内壁作旋转流动。 颗粒的离心力较大,被甩向外层,气流在内层。气固得以分离。 在圆锥部分,旋转半径缩小而切向速度增大,气流与颗粒作下螺旋运动。 在圆锥的底部附近,气流转为上升旋转运动,最后由上部出口管排出; 固相沿内壁落入灰斗。 旋风分离器不适用于处理粘度较大,湿含量较高及腐蚀性较大的粉尘,气量的波动对除尘效果及设备阻力影响较大。 旋风分离器结构简单,造价低廉,无运动部件,操作范围广,不受温度、压力限制,分离效率高。一般用于除去直径5um以上的尘粒,也可分离雾沫。对于

基于STAR-CCM+的旋风分离器数值模拟方法的研究

基于STAR-CCM+的旋风分离器数值 模拟方法的研究 满林香 (北海职业学院,广西北海536000) 【摘要】文章研究了基于STAR-CCM+的旋风分离器数值模拟方法。结果表明:软件的网格处理方式比较灵活,使用软件内部的三维建模和自动网格生成功能可以大幅度提高模拟计算的效率。模拟计算旋风分离器的湍流模型适合采用雷诺应力模型(RSM),模拟计算旋风分离器的液滴轨迹可以采用离散颗粒模型(DPM)。使用软件内部的标准模块功能和自定义函数功能可以比较方便实现压力分布、速度分量图、上下行气流分割面、液滴轨迹跟踪等内部流场处理。 【关键词】旋风分离器;数值模拟;STAR-CCM+;上下行气流分割面 【中图分类号】TQ051.8【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2019)06-0059-03 Study on Numerical Simulation Method of Cyclone Separator Based on STAR-CCM+ Abstract: Numerical simulation method of cyclone separator using STAR-CCM+were studied. The results showed that the grid processing method of the software is flexible, and the efficiency of simulation calculation can be greatly improved by using the functions of three-dimensional modeling and automatic grid generation within the software. Reynolds stress model is suitable for simulating the turbulence of cyclone separator, and the discrete particle model is suitable for simulating the droplet trajectory of cyclone separator. Using standard module function and self-defined function in the software, it is more convenient to realize the internal flow field processing, such as pressure distribution, velocity component diagram, the division surface of upstream and downstream flow, droplet trajectory tracking and so on. Key words: cyclone separator; numerical simulation; STAR-CCM+; division surface of upstream and downstream flow 1 引言 旋风分离器[1]是一种利用离心力把固体颗粒或液滴从气体中分离出来的无运动部件机械设备,具有结构简单、压降小、分离效率高等特点。大量学者[2-6]对旋风分离进行了数值模拟研究,这些研究基本是利用商用流体力学计算软件FLUENT进行数值模拟计的,而采用商用流体力学计算软件STAR-CCM+对旋风分离器进行数值模拟的研究还比较少,因此本文对采用STAR-CCM+模拟计算旋风分离器的方法进行了研究。 2 网格生成方法和网格无关性验证2.1网格生成方法 生成STAR-CCM+模拟计算所需网格的方法比较多,基本方法可以分为以下四类:一是在专门的网格处理软件(如Icem)中导入三维绘图软件(如ProE)绘制的三维模型,并进行一定处理,生成为体网格,然后导入到STAR-CCM+中。二是在专门的网格处理软件中导入三维绘图软件绘制的三维模型,并进行一定处理,生成为面网格,然后在STAR-CCM+中将生成的面网格导入,并进行一定处理,最后生成为体网格。三是利用三维绘图软件绘制三维模型,并保存为曲面格式,然后在STAR-CCM+中将曲面格式的三维模型导入,并进行一定处理,最后生成为体网格。四是在STAR-CCM+中建立三维模型,并直接生成体网格。 STAR-CCM+内部自带强大的网格处理功能,特别是其中的多面体网格可以大幅减小计算的体网格数。由于本文研究对象是旋风分离器,结构比较简单,因此可以直接采用上述的第四个方法,该方法的优势是某个模型计算完成之后,在可以快速修改变动某个尺寸后直接再次生成网格,并运算,极大提高模拟计算的工作效率。图1是在STAR-CCM+中建立三维模型,并直接生成体网格模型。 总第21卷238期大众科技Vol.21 No.6 2019年6月Popular Science & Technology June 2019 【收稿日期】2019-04-02 【基金项目】广西高校中青年教师基础能力提升项目“旋风分离器用于滚动转子式压缩机降低含油率的研究”(2018KY1189)。 【作者简介】满林香(1986-),男,北海职业学院讲师,从事流体仿真分析、制冷系统性能研究。 - 59 -

旋风分离器的建模及fluent模拟

Gambit建模部分 本次模拟为一旋风分离器,具体设置尺寸见建模过程,用空气作为材料模拟流场。为方便图形截取,开始先设置界面为白色窗体,依次点击“Edit”,“Defaults”,“GRAPHICS”,选择“WINDOWS_BACKGROUND_COLOR”设置为“White”,点击Modify。关闭对话框。 一.利用Gambit建立几何模型 1.双击打开Gambit 2.4.6, 2.先创建椭圆柱 依次点击“Operation”下的“Geometry”创建体“V olume”,点击“Create Real Frustum”,输入数据基于Z轴正方向创建“height 475;radius1 36.25;radius3 95”,点击Apply,生产椭圆柱体。如图1-1,图1-2。 3.创建圆柱体 再次利用创建椭圆柱按钮,输入数据基于Z轴正方向创建“height 285;radius1 95;radius3 95”,点击Apply。 移动刚刚创建的圆柱体,依次点击“Geometry”,“V olume”,点击“Move/copy”,选择刚刚创建的圆柱体,点击“Move——>Translate”,输入移动的数据“X=0,Y=0,Z=475”,并选择Connected Geometry,点击Apply。如图1-3,1-4所示。 图1-1椭圆柱设置对话框图1-2椭圆柱生成图 图1-3圆柱体移动设置对话框图1-4圆柱体生成图图1-5生成小圆柱体

同样的方法创建小圆柱体,输入数据基于Z 轴正方向创建“height 150;radius1 32;radius3 32”,点击Apply 。 同样的方式移动小圆柱体,点击“Move——>Translate”,输入移动的数据“X=0,Y=0,Z=665”,不选择Connected Geometry ,点击Apply 。如图1-5,图1-6,图1-7所示。 显示实体图,如图1-8。 4. 将小圆柱体进行分割,分成上下两个圆柱面,点击“Split V olume”,选择被 分割的圆柱体V olume2,选择下部组合体为分割体,点击“Bidirectional 和connected”,点击Apply 。删除V olume3。如图1-9,图1-10所示。 5. 创建旋风分离器进风口,点击依次点击“Geometry”,“V olume”,“create real brick”,基于中心,输入数据“width 140 ,depth 38,height 95”,点击Apply 。如图1-11,图1-12所示。 移动矩形风口,依次点击“Geometry”,“V olume”,“Move/copy V olumes”,选择“Move——>Translate”,输入“X=70,Y=-76,Z=712.5”,点击Apply 。如图1-13所示。 图1-6小圆柱体移动命令对话框 图1-7小圆柱体移动生成图 图1-8实体图 图1-9实体分割命令对话框 图1-10生成实体图

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