旋风分离器计算结果.doc
旋风分离器计算程序
备注
6A.1示例中的计算值,HOFFMAN等2001年的实验数据,使用时将此 SHEET整体COPY成一个副本,进行计算
尺寸参数
(m)
计算结果
50切割粒径
8.07
微米
D
外径
D
0.075
总效率
26%
内径
Dx
0.030
粒径
效率 进口组成
出口
放料口直径
Dd
0.060
微米
eff
%
1
0%
13.50%
Vin Theta
Co alpha Rm Vzw
Ar Vow Vocs Vom ReR Vx
53.333 m/s 0.533333333 -
0.004 0.576 0.024 m 13.588 m/s 0.029 m^2 67.86 m/s 18.53 m/s 35.46 m/s 5695.8 56.62 m/s
Din50 D50 CC0>0=L0. C0<10.1
8.000 MU 8.07 mu
0.00578 kg/kg 0.01541 kg/kg 0.00578 kg/kg
迭代计算程序 相对粗糙度 插值得桶体摩擦系数 预计总效率 升气管弗劳德数 总摩擦系数
Ks/R fair eff Frx f
内旋涡旋转速度计算值 #NAME? #NAME?
0.000
b
进料口宽度
b
0.020
2
0%
16.50%
0.000
进料口高度
a
0.038
3
1%
14.00%
0.001
4
3%
9.00%
斜切双进口旋风分离器流场及分离效率的数值模拟
降 的主要 因素 ， 相 同处 理 量 下 ， 在 当双 进 口型式 的 进 口气 速 比较低 时 ， 并不 能 提 高 分 离效 率 ， 只有 当 气 速高 于 １ ． ｓ后 ， 率 才 明显 高 于单 进 口型 ５ ６ｍ／ 效 式 的旋 风 分 离 器ｌ 】 。Ｂ ｒ ｒｏ Ｓｇ、 斌［］ 黄 ｅｍａｄ ｌ 赵 ］ ¨、 星玮ｌ ｌ 出将 旋 风 分 离 器 进 口进 行 一 定 的 倾 斜 ， 提
Ａｂｓｒ ｃ ：Ａ ｗ ｙｐ ｆｃ ｌ ｅ ｗ ｉｈ ｏｂ ｉ ｅ ｔ ｎｇ ｎｔａ ｕｂ ｅ ｉ ｅ ｓ ｗａ ｒ ｐ ｅ ａ ｄ ＲＳＭ ｏｄ ｔａ ｔ ｎｅ ｔ ｅ ｏ ｙｃｏｎ ｔ ｌｑｕ ａ ｅ ｉｌｄｏ ｌ ｎｌｔ ｓ ｐ ｏ ｏｓ ｄ。 ｎ Ｍ —
改进 进 口 结 构 型 式 。沈 恒 根 ｌ 、 永 发ｌ 、 贤 】 刁 ］ ２ 宋 ］ 良ｌ 研 究 了轴对 称 双进 口回转 通 道 的进 口型 式 对 ３ 旋风 分离 器流 场 和 分 离效 率 的影 响 。吴 小林 研
流和 改善 上 灰 环＿ １ 。根 据 以上 文 献 ， 课 题 提 出 本
效率１ 模拟 用旋 风分 离器模 型尺 寸及 网格 划分 ． Ｆｕｎ 软件 给 出的旋风分 离器模型 （ ｌｅ ｔ 单进 口） 与 常用 的旋 风分离 器结 构相 似 ， 其数 值模 拟结 果 与 且
文献 中的 实 验 结 果 吻 合 较 好 ， 明该 模 型 是 可 靠 说 的， 因此 以该 模型作 为 比较参 考ｎ 。选 择 ２ ５℃ 空
模 型 相 对 太 小 ， 体 直 径 只有 ２ 筒 ４ ｍｍ， 口气 速 进
气 为气 相介质 ， 单进 口型 式气 速 为 ２ ｓ 双 进 口 ０ｍ／ ， 的尺寸 同单进 口一 样 ， 口面积 增 加 ｌ倍 ， 口气 进 进 速减 小 ５ ， 双进 口型式 气速 为 １ ｓ倾 斜 角 ０ 则 ０ｍ／，
旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析共3篇
旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析共3篇旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析1旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析旋风分离器是一种广泛应用于化工、环保、电力等领域的气固分离设备，其利用离心力将气固两相流中的颗粒物分离出来，一般被用作除尘和粉尘回收设备。
本文将介绍旋风分离器的气固两相流数值模拟及性能分析。
气固两相流是指气体与固体颗粒混合物流动的状态。
旋风分离器中的气固两相流在进入设备后，经过导流装置后便会进入旋风筒，此时气固两相流呈螺旋上升流动状态，颗粒物受到离心力的作用被抛向旋风筒壁，而气体则从旋风筒顶部中心脱离，从出口排放。
因此，旋风分离器气固两相流的流体物理特性显得尤为重要。
本文采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法对旋风分离器气固两相流进行数值模拟。
对于气体流动部分，采用了二维轴对称的控制方程式，包括连续性方程、动量方程和能量方程，而对于颗粒物流动部分，采用了颗粒物轨迹模型（Particle Tracking Model，PTM）。
在数值模拟过程中，采用了FLUENT软件进行求解，其中的数值算法采用双重电子数法（Electron Electrostatic Force Field，E3F2）。
数值模拟结果显示，在旋风分离器中，气体的流速主要集中在筒壁附近，而在离筒中心较远的地方，则流速较慢，颗粒物则以螺旋线的方式向旋风筒壁移动，并沿着筒壁向下运动。
颗粒物在旋风筒中受到离心力的作用后，其分布状态将随着离心力的变化而变化，最终沉积在筒壁处。
数值模拟结果还表明，旋风分离器的分离效率随着旋风筒直径的增加而增加。
为了验证数值模拟结果的可信度，实验室制作了一个小型旋风分离器进行了实验研究。
实验结果表明，数值模拟与实验结果相比较为一致，通过数值模拟可以较好地描述旋风分离器中气固两相流动的情况并用于性能预测。
综合来看，数值模拟是一种较为有效的旋风分离器气固两相流性能分析方法，可以较好地预测旋风分离器的分离效率和颗粒物的分布状态，为旋风分离器的设计和优化提供了有力支持综上所述，本文利用数值模拟方法和实验研究相结合的方式，对旋风分离器的气固两相流动性能进行了分析。
旋风分离器计算程序--Muschelknautz模型方法
0.00543 kg/kg 0.00543 kg/kg 0.00523 kg/kg
迭代计算程序 ReR初值 相对粗糙度 查表得桶体摩擦系统 预计总效率 升气管弗劳德数 总摩擦系数 内旋涡旋转速度计算值
ReR0 Ks/R
fair eff Frx f
V0cs
压降计算 分离器中损失 旋转涡核与升气管损失 加速压力损失 总压力损失
Vin Theta
Co alpha Rm Vzw
Ar Vow Vocs Vom ReR Vx
Din50 D50 CC0>0=L0. C0<10.1
24.482 m/s 0.3 -
0.160 0.741 0.150 m 3.105 m/s 2.506 m^2 14.000 m/s 18.000 m/s 15.875 m/s 3570.324 17.038 m/s
Rho_p
1800 kg/m^3
90 100%
0.37%
0.004
堆积密度度
Rho_b
900 kg/m^3
100 100%
0.09%
0.001
>100
0
-
1.00
0.92
Muschelknautz Modeld Rin
入口速度 T因子 颗粒/气体 (m/m) 入口收缩系数 几何平均半径 器壁表面轴向速度 摩擦阻力总面积 器壁表面切向速度 内旋涡旋转速度 气体平均旋转速度 旋风分离器ReR 升气管中气流速度 分离效率 进口中位径 切割粒径 极限浓度
40 100%
14.65%
0.147
操作参数
50 100%
8.24%
0.082
基于DPM模型的旋风分离器内颗粒浓度场模拟分析
基于DPM模型的旋风分离器内颗粒浓度场模拟分析高助威;王娟;王江云;冯留海;毛羽;魏耀东【摘要】To study the distribution of the particle concentration in cyclone,the RSM model and the particle stochastic trajectory model were used to simulate the gas-solid flow of the cyclone.The top ash ring and erosion of the wall were analyzed from particle concentration distribution and residence time.The results showed that the concentration of particles in the wall were distributed in a spiral gray band,and the width and pitch of the gray bands were different.Along radial direction,the particle concentration near the wall was high while other regions were low.Along axial direction,the particle concentration was larger in the bottom of the separation space,and the width of the spiral gray band increased but the pitch decreased.There was top ash ring under the roof of annular space,where a lot of particles gathered.The top ash ring was unevenly distributed,with obvious non-axisymmetric characteristics.Furthermore,the top ash ring had a certain periodicity shedding phenomenon.The performance would not only cause the escape of particles and reduce the separation efficiency of cyclone,but also cause erosion wear of the wall.In severe cases,the wall of the cyclone separator would be worn out,causing the equipment to failure.%为了研究旋风分离器内部颗粒浓度场的分布规律,采用RSM模型和颗粒随机轨道模型,对旋风分离器进行气-固两相流动数值模拟,并从浓度分布和停留时间两方面对顶灰环及壁面磨损现象进行分析.结果表明,壁面处的颗粒浓度呈螺旋状灰带分布,灰带的宽度和螺距不同;从径向看,除壁面附近浓度较高外,其他部位浓度较低;从轴向上看,在分离空间下部,螺旋灰带的宽度加大,螺距减小,颗粒浓度增大.在环形空间顶板下方有大量颗粒聚集,存在顶灰环现象,而且顶灰环分布不均匀,具有一定的准周期脱落特性.这不仅造成颗粒的逃逸,降低旋风分离器的分离性能,而且也会对壁面造成冲蚀磨损,严重时能够使分离壁面磨穿,造成设备失效.【期刊名称】《石油学报（石油加工）》【年(卷),期】2018(034)003【总页数】8页(P507-514)【关键词】旋风分离器;数值模拟;DPM;颗粒浓度;顶灰环;壁面磨损【作者】高助威;王娟;王江云;冯留海;毛羽;魏耀东【作者单位】中国石油大学重质油国家重点实验室,北京102249;过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室,北京102249;中国石油大学重质油国家重点实验室,北京102249;过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室,北京102249;中国石油大学重质油国家重点实验室,北京102249;过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室,北京102249;北京低碳清洁能源研究院,北京102209;中国石油大学重质油国家重点实验室,北京102249;中国石油大学重质油国家重点实验室,北京102249;过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8旋风分离器是气-固分离过程的重要设备，因其结构简单，处理量大，维修方便等优点，在工业除尘、石油化工、煤炭发电等领域应用广泛[1]。
旋风分离器实验报告
旋风分离器实验报告旋风分离器实验报告引言旋风分离器是一种常见的气固分离设备，广泛应用于工业生产和环境保护等领域。
本实验旨在通过搭建一个简单的旋风分离器模型，探究其工作原理和分离效果，并对实验结果进行分析和讨论。
实验设备和方法实验所需设备包括：一个透明的圆柱形容器、一台风扇、一根长管子、一小段细管、一些颗粒物料（如面粉或砂子）等。
实验步骤如下：1. 将风扇固定在透明容器的一侧，使其能够产生强风。
2. 在透明容器的另一侧顶部附近，固定一根长管子，使其与容器呈一定角度。
3. 在长管子的下方接入一小段细管，细管的一端放置在容器内。
4. 将颗粒物料均匀地撒在容器内。
实验结果当风扇启动时，强风会从容器一侧进入，通过长管子进一步加速。
在进入容器后，风流会在容器内形成一个旋涡，将颗粒物料带到容器的底部。
在旋涡的作用下，颗粒物料会被分离出来，较重的颗粒会沉积在容器底部，而较轻的颗粒则会被带到细管中，并通过细管排出。
实验分析与讨论旋风分离器的工作原理是基于气体流体力学的原理，即利用气流的旋转运动和离心力的作用，将固体颗粒从气流中分离出来。
实验中，风扇产生的强风使气流在容器内形成旋涡，旋涡的中心压力较低，导致颗粒物料向中心聚集。
由于颗粒物料的质量不同，沉积速度也不同，较重的颗粒沉积在容器底部，而较轻的颗粒则随气流被带到细管中。
旋风分离器的分离效果受到多种因素的影响，包括气流速度、颗粒物料大小和密度等。
实验中，我们可以通过调节风扇的转速来改变气流速度，进而观察颗粒物料的分离情况。
较高的气流速度可以提高分离效果，但同时也增加了能耗。
颗粒物料的大小和密度也会影响分离效果，较大和较重的颗粒更容易被分离出来。
旋风分离器在工业生产中有着广泛的应用。
例如，在粉尘处理中，旋风分离器可以将工业废气中的颗粒物料分离出来，净化废气。
在粉体物料的输送和储存过程中，旋风分离器可以将物料中的杂质分离出来，提高产品的质量。
此外，旋风分离器还可以用于颗粒物料的分类和回收利用等方面。
旋风分离器计算结果
旋风分离器计算结果标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]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=1.3m、D=1.05m、长宽比1:3，入口速度10m/s时烟尘空间分布粒径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6 L=2.3m、D=1.5m、长宽比1:1，入口速度15m/s时烟尘空间分布四、计算结果计算中，首先确定几何尺寸L，按照给定的两种烟尘颗粒，分别对L=2.3m、L=1.8m、L=1.3m、L=0.8m四种情况进行对比计算，对比计算结果为L=2.3m、L=1.3m时除尘效率较高。
基于CFD-DPM的旋风分离器结构设计优化
中国粉体技术CHINA POWDER SCIENCE AND TECHNOLOGY第27卷第2期2021年3月Vol. 27 No. 2Mar. 2021文章编号：1008-5548 (2021 )02-0063-11 doi ：10.13732/j.issn.l008-5548.2021.02.009基于CFD-DPM 的旋风分离器结构设计优化彭丽，柳冠青，董方，石战胜(华电电力科学研究院有限公司多相流分离技术研究及应用中心，浙江杭州310030)摘要：采用计算流体力学离散颗粒模型(CFD-DPM),结合响应曲面法，通过系列正交实验，对旋风分离器结构进 行优化设计；考察旋风分离器的7个结构参数以及参数间的交互作用对其性能的影响。
结果表明：对压降和分离效率影响最显著的结构参数为排气管直径，然后分别是入口高度、入口宽度、旋风分离器长度、排气管插入深度；入口尺寸与排气管直径对压降的影响存在很强的交互作用；旋风分离器长度与排气管插入深度、入口宽度与排气管直 径、入口宽度与旋风分离器长度及排气管直径与旋风分离器长度对分离效率的影响存在较强的交互作用，其余因素影响不显著；通过对各结构参数的响应面进行优化，获得该旋风分离器在最小压降和最大分离效率时对应的几何结构 参数。
关键词：旋风分离器；响应曲面法；计算流体力学；两相流；模型优化中图分类号:TH31 文献标志码:AStructure optimization and design of cyclone separatorbased on CFD-DPMPENG Li , LIU Guanqing , DONG Fang , SHI Zhansheng(Research and Application Center of Multiphase Flow Separation Technology , Huadian Electric Power Research Institute Co., Ltd., Hangzhou 310030, China)Abstract : A series of orthographic experiments were designed to optimize and design the cyclone separator geometry by adoptingthe CFD-DPM (computational fluid dynamics-discrete particle model ) and the response surface method. The effect of sevencyclone geometrical parameters and their interactions on the performance were investigated. The results show that the most signifi cant geometrical parameter is the vortex finder diameter. Other factors of the inlet width , inlet height , total cyclone height , and vortex finder length have significant effects on the cyclone performance. In addition , there are strong interactions between theeffect of the inlet dimensions and the vortex finder diameter on the pressure drop. There are strong interactions between the effectof the vortex finder length and total cyclone height , inlet width and vortex finder diameter , inlet width and total cyclone height ,vortex finder diameter and total cyclone height on the separation efficiency. Finally, a new set of geometrical ratios are obtained toachieve minimum pressure drop maximum separation efficiency by optimization of the response surface of each index.Keywords : cyclone separator ； response surface method ； computational fluid dynamics ； two-phase flow ； model optimization旋风分离器是一种极其重要的颗粒分离设备，在火力发电、石油、化工、水泥、钢铁、冶金等工业领域应用广泛。
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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=1.3m、D=1.05m、长宽比1:3 ,入口速度10m/s时烟尘空间分布
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)。