入口截面高宽比对旋风分离器内流场的影响
《旋风分离器高度和直径对性能及流场的影响》范文
《旋风分离器高度和直径对性能及流场的影响》篇一一、引言旋风分离器是一种利用离心力将固体颗粒从气流中分离出来的设备。
在许多工业过程中，如燃烧、粉体制备等，旋风分离器因其高效的分离能力而被广泛应用。
分离器的性能及流场状态对其运行效率和颗粒的收集效率具有重要影响。
本文将着重探讨旋风分离器的高度和直径对性能及流场的影响。
二、旋风分离器的基本原理和结构旋风分离器的基本原理是利用气流中的固体颗粒在旋转运动中的离心力作用，使颗粒在到达外围区域时与气相分离，从而达到清洁气流的目的。
其主要结构包括进气口、圆柱形部分、上升锥段和旋风收集器等。
其中，上升锥段和旋风收集器的设计对分离器的性能具有重要影响。
三、高度对性能及流场的影响1. 高度对性能的影响：旋风分离器的高度主要影响其处理能力和分离效率。
随着高度的增加，气流在分离器内的停留时间增长，颗粒有更多的机会与壁面接触并沉降，从而提高分离效率。
然而，过高的高度也可能导致气流在上升过程中扩散过大，降低中心区域的离心力，从而影响分离效果。
2. 高度对流场的影响：高度对流场的影响主要体现在气流的速度分布和湍流强度上。
随着高度的增加，气流速度逐渐降低，湍流强度也相应减小，这有助于颗粒的沉降和气流的稳定。
然而，过高的高度可能导致气流在上升过程中出现涡流和回流现象，影响流场的均匀性。
四、直径对性能及流场的影响1. 直径对性能的影响：旋风分离器的直径直接影响其处理量。
较大的直径可以允许更多的气流进入分离器，从而提高处理能力。
然而，直径过大可能导致颗粒在旋转运动中的离心力不足，降低分离效率。
因此，在设计和选择旋风分离器时需要综合考虑处理能力和分离效率的需求。
2. 直径对流场的影响：直径对流场的影响主要体现在气流的均匀性和稳定性上。
较大的直径可以提供更广阔的空间供气流旋转和扩散，有助于保持气流的均匀性和稳定性。
然而，过大的直径可能导致中心区域的离心力降低，从而影响颗粒的沉降效果。
因此，在满足处理需求的前提下，应尽量选择合适的直径以优化流场分布。
不同结构参数下旋风分离器气相流场的数值研究
ｃｏ ｅｓｐ ａｏ ｃｅｓｓｗｔ ｈ ｉｃ ａｅｏ ｈ ｅ ａｉ ｆ ｙ ｌｎ ｒｓ—ｅｔ ｎｔ ｎｅ ｓｃｉｎ（ ），ｔｅｄａ ｔｒｒｔ ｆ ｌｎ ｅ ａ ｔｒｉ ｒａｅ ｉ ｔｅｄｓｒ ｓ ｆ ｅａ ａｒｔ ｏ ｃｏ ｅｃｏ ｓｓｃｉ ｏｉｌｔ ｅ ｔ ｒ ｎ ｈ ｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｏ ｏ ｈ ｉｍｅｅ ａｉ ｏ ｏ
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ＦＬ Ｄ ＵＩ ＭＡＣＨＩ ＮＥＲＹ
旋风除尘器几何尺寸的影响
旋风除尘器几何尺寸的性能影响在旋风除尘器的几何尺寸中，以旋风除尘器的直径、气体进口以及排气管形状与大小为最重要影响因素。
①一般旋风除尘器的筒体直径越小，粉尘颗粒所受的离心力越大，旋风除尘器分离的粉尘颗粒越小，除尘效率也就越高，但过小的筒体直径会造成较大直径颗粒有可能反弹至中心气流而被带走，使除尘效率降低。
另外，简体大小对于黏性物料容易引起堵塞，因此，一般筒体直径不宜小于50-75mm，大型化后，以出现筒径大于2000mm的大型旋风除尘器②较高除尘效率的旋风除尘器，都要有合适的长度比例。
合适的长度不但使进入筒体的尘粒停留时间增长有利于分离，且能使尚未到达排气管的颗粒有更多的机会从旋流核心中分离出来，减少二次夹带，以提高除尘效率。
足够长的旋风除尘器，还可避免旋转气流对灰斗顶部的磨损，但是过长会占据圈套的空间，因此，旋风除尘器从排气管下端至旋风除尘器自然旋转顶端的距离一般用下式确定l 2.3D D/式中l——旋风除尘器筒体长度，m;D o——旋风除尘器筒体直径，m B——除尘器入口宽度，m; H——除尘器入口高度，m;D e——除尘器出口直径，m；一般常取旋风除尘器的圆筒段高度。
旋风除尘器的圆锥体可以在短的轴向距离内将外旋流转变为内旋流，因而节约了空间和材料。
除尘器圆锥体的作用，是将已分离出来的粉尘微粒集中于旋风式除尘器中心，以便将其排人储灰斗中。
当锥体高度一定，而锥体角度较大时，由于气流旋流半径很快变小，很容易造成核心气流与器壁撞击，使沿锥壁旋转而下的尘粒被内旋流所带走，影响除尘效率。
所以，半锥角α不宜过大，设计时常取设计时常取α=13°~15°③旋风除尘器的进口有两种主要的进口形式 轴向进口和切向进口。
切向进口为最普通的一种进口型式，制造简单，用得比较多。
这种进口型式的旋风除尘器外形尺寸紧凑。
在切向进口中螺旋面进口为气流通过螺旋而进口，这种进口有利于气流向下做倾斜的螺旋运动，同时也可以避免相邻两螺旋圈的气流互相干扰。
旋风分离器参数
旋风分离器参数旋风分离器是一种广泛应用于工业生产中的气固分离设备，主要用于处理含有固体颗粒的气流。
它的工作原理是利用离心力将颗粒从气流中分离出来，从而实现气固分离的目的。
旋风分离器的结构简单、操作方便、处理能力大，因此在很多领域都有广泛的应用。
本文将对旋风分离器的参数进行详细介绍。
1. 入口速度：旋风分离器的入口速度是指气体进入旋风分离器的速度，通常用符号u表示。
入口速度的大小直接影响到旋风分离器的分离效果和处理能力。
一般来说，入口速度越大，离心力越大，颗粒分离效果越好。
但是，入口速度过大会导致气体在旋风分离器内的停留时间过短，从而影响分离效果。
因此，需要根据实际情况选择合适的入口速度。
2. 颗粒粒径：旋风分离器可以处理的颗粒粒径范围较广，但不同粒径的颗粒对旋风分离器的分离效果有很大影响。
一般来说，颗粒粒径越大，离心力越大，分离效果越好。
但是，颗粒粒径过大会导致颗粒在旋风分离器内的运动轨迹不稳定，从而影响分离效果。
因此，需要根据实际情况选择合适的颗粒粒径。
3. 气体流量：旋风分离器的气体流量是指单位时间内通过旋风分离器的气体体积，通常用符号Q表示。
气体流量的大小直接影响到旋风分离器的处理能力和分离效果。
一般来说，气体流量越大，处理能力越强，但同时离心力也会增大，导致颗粒分离效果变差。
因此，需要根据实际情况选择合适的气体流量。
4. 旋风分离器直径：旋风分离器的直径是指旋风分离器内腔的直径，通常用符号D表示。
旋风分离器直径的大小直接影响到旋风分离器的处理能力和分离效果。
一般来说，旋风分离器直径越大，处理能力越强，但同时设备的体积和重量也会增大。
因此，需要根据实际情况选择合适的旋风分离器直径。
5. 旋风分离器高度：旋风分离器的高度是指旋风分离器内腔的高度，通常用符号H表示。
旋风分离器高度的大小直接影响到旋风分离器的处理能力和分离效果。
一般来说，旋风分离器高度越大，处理能力越强，但同时设备的体积和重量也会增大。
入口截面高宽比对旋风分离器内流场的影响
旋 风分离 器是 循 环流 化 床 的重 要 部 件 ， 是循 环 流化床 内 固体物 料高效 利用 的保证 。对 于大容 量循 环流化 床锅炉 ， 由于旋 风分 离器 的尺寸较 大 ， 致分 导 离效率 降低 。如 何提 高旋风分 离器 的分离 效率 是一 项循 环 流化 床 设 计 时 必 须 解 决 的技 术 问题 。可 以
１ 模 型及 网格 划分
① 模 型及 网格 划分
其性 能 的优 劣对整 个循 环流化床 锅炉 的运行 影 响很
大。
模 拟对 象为某 ３０ＭＷ 循 环流化 床锅炉 的旋 风 ０ 分 离器 模型 ， 模型 与实物 比例 为 １ ２ 。旋 风 分 离器 ：５
结 构见 图 １ 。人 口截 面高 宽 比是旋 风 分离 器 人 口高
（ 上海交通 大学 机械与动力工程 学院 ，上 海 ２ ０４ ） ０ ２０
摘 要 ： 气相采 用 雷诺 应 力模 型 （ Ｓ 模 拟 ， 粒相 采 用拉 格 朗 日坐标 系随机 轨道 模 型 ， Ｒ Ｍ） 颗 模
拟 具有 不 同高宽 比的入 口截 面 下的旋风 分 离器 内气 固两相 流 流动 特 性 。采 用适 当的 高宽 比 ， 能使 旋风 分 离器近壁 面保持 较 高的 气流速 度 ， 强化 外旋 涡 ， 能使 颗 粒 更容 易被壁 面捕 集 而分 离， 对提 高
旋 风分离 器 的分 离效率 和分 离器 内的流 场是 密
切相关 的 ， 入研 究分 离来自器 内的气 固两 相流 动 特 性 深
度 与宽度 的 比值 ， 图 １中 的 ｈ ｂ 即 ／ 。分 离 器 筒 体 直
径 Ｄ＝ ２ ｌ 旋风 分 离 器 总 高度 ｈ ３ ０ｎ ｍ， ＝７０ ｍ 排 １ ｍ，
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。
入口挡板对旋风分离器内流动分布影响的试验研究
实 验 中重点 考察 直切 人 口处加 挡板 后 与旋转 气 流 的
相互 影 响 。
１ 试 验 模 型 和 实 验 装 置
实 验 采 用 七 孔 球 探 针 对 旋 风 分 离 器 内全 空 间 的三 维流 场进 行测 定 ，七孑 球 探针 经风 洞标 定 ，可 Ｌ 以测 定 ３ 时均速 度分 量 与静 压 。 个 试验 采用 吸风 附压 操作 ，装置 简 图见 图 １ 。
Ｅｘ ｒ ｍ ｅ ｔ ｌＲｅ ｅ ｒ ｈ ｏｎ Ｉ ｌｕｅ ｅ ｏ ｎｌ ｔＢａ ｅ ｏ ｐｅ ｉ ｎ ａ ｓ ａ ｃ ｎｆ ｎｃ ｆ Ｉ ｅ ｆ ｎ ｌ
Ｆｌ ｗ ｅ ｄｓｉ ｃ ｏ ｐａ ａ ｏ ｏ Ｆｉ ｌ ｎ Ｃｙ ｌ ｎｅ Ｓｅ ｒ ｔ ｒ
Ｌ ｏ ｇｊａ ＩＹ ｎ － ｎ， Ｗ ｉ ＡＮＧ ｉｎｊ ｎ Ｉ Ｙ ｕｈ ｉ Ｊ ａ －ｕ ，ＪＮ —ａ ｏ
第４ ０卷 第 ３期
２ １１年 ３月 Ｏ
当
代
化
工
Ｖ ］ ０． Ｎ ． ｏ． ４ Ｏ３
Ｍａ ｃ ｒ ｈ． ２ ０１１
Ｃ ｔ Ｏｎ ｅｍｐ ａ ｙ Ｃ ｍｉ ａｌＩ ｄｕ ｔｒ Ｏｒ ｒ ｈｅ ｃ ｎ ｓ ｙ
入 口挡 板 对 旋 风 分 离器 内流 动 分 布 影 响 的试 验 研 究
旋风分离器的排气管尺寸及入口气流速度对内部流场的作用机理
旋风分离器排气管直径及入口气速对内流场的影响摘要本文利用FLUENT软件对蜗壳式旋风分离器内的流场进行模拟，研究了排气管直径及入口气速对内流场中切向速度、轴向速度、短路流量及旋进涡核特性的影响。
在研究排气管直径及入口气速对旋风分离器内旋进涡核的影响时，采用快速傅里叶变换的数据处理方法，得到旋进涡核的频率及幅值分布。
研究结果表明，随着排气管直径的增大，内流场的切向速度、轴向速度随之减小，短路流量随之增大，涡核的幅值随着排气管直径的增大呈现先增后减的趋势；随着入口气速的增大，内流场的切向速度逐渐增大，轴向速度呈现先增后减的趋势，旋进涡核的无量纲偏心距及旋转频率都随着入口气速的增加呈现先增后减的规律。
最后研究了气流下行过程中能量的损失与旋进涡核特性的关系，排气管直径变化时，随着能量损失的增加，涡核摆动的无量纲偏心距和涡核的旋转频率都先增后减。
入口气速变化时，随着能量损失的增加，涡核摆动的无量纲偏心距逐渐增大，涡核的旋转频率先增后减。
相对于入口气速来说，排气管直径对能量损失的影响较大。
关键词：旋风分离器；排气管直径；入口气速；内流场；旋进涡核Effect of diameter of cyclone separator exhaust pipe and inlet velocity on internal flow fieldAbstractIn this paper, using the FLUENT simulates the flow field in the cyclone separator to study the fluence of exhaust pipe diameter and the tone speed to the tangential velocity, axial velocity, the short circuit flow and precession vortex core characteristics of internal flow field. Manner in the exhaust pipe diameter and the study into the speed of the impact of precession vortex core in cyclone separator, the data processing method of fast Fourier transform, get the precession frequency and the amplitude distribution of the vortex core.The research results show that with the increase of the exhaust pipe diameter, flow field in the tangential velocity, axial velocity is less, the short circuit flow increase, the vortex core amplitude presented after the first increased with the increase of the exhaust pipe diameter reduction trend;The flow field in the manner as the speed increases, the tangential velocity increases gradually, the axial velocity showed a trend of increase after decreases first, precession vortex core dimensionless eccentricity and rotation frequency are presented with the increase of the tone speed increase after decreases first.Finally, the relationship between energy loss and the characteristics of precession vortex core is studied.When the diameter of the exhaust pipe changes, with the increase of energy loss, the dimensionless eccentricity and the rotating frequency of the vortex core both increase and decrease.When the inlet velocity changes, with the increase of energy loss, the dimensionless eccentricity of vortex core oscillation increases gradually, and the rotation frequency of vortex core increases first and then pared with the inlet velocity, the diameter of the exhaust pipe has a great influence on the energy loss.Key words: cyclone separator; exhaust pipe diameter; inlet velocity; flow field; vortex core目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2旋风分离器及其内流场简介 (1)1.2.1旋风分离器的结构及工作原理 (1)1.2.2旋风分离器内流场速度分布 (2)1.2.3旋进涡核现象简介及形成原理 (2)1.3本文主要研究内容 (3)1.4本文结构 (3)2 模拟方法 (4)2.1 实验模型 (4)2.2建模及网格划分 (5)2.2.1ICEM CFD 软件简介 (5)2.2.2网格划分 (5)2.3计算模型 (5)2.3.1Fluent软件简介 (5)2.3.2计算模型 (6)2.3.3实验操作步骤 (7)2.4本章小结 (7)3排气管直径对内流场的影响 (8)3.1 排气管直径变化对切向速度的影响 (8)3.1.1旋风分离器内流场切向速度分布 (8)3.1.2不同轴向位置内流场切向速度分布 (8)3.1.3排气管直径变化对内流场切向速度的影响 (9)3.2排气管直径变化对轴向速度的影响 (11)3.2.1旋风分离器内流场轴向速度分布 (11)3.2.2 不同轴向位置处轴向速度分布 (12)3.2.3排气管直径变化对内流场轴向速度的影响 (12)3.3 排气管直径变化对短路流量的影响 (14)3.4 排气管直径变化对旋进涡核特性的影响 (17)3.4.1 排气管直径对压力波动及旋进涡核频率的影响 (17)3.4.2排气管直径对涡核无量纲偏心距的影响 (20)3.5本章小结 (22)4入口气速对内流场的影响 (23)4.1 入口气速变化对切向速度的影响 (23)4.2 入口气速变化对轴向速度的影响 (23)4.3 入口气速变化对旋进涡核特性的影响 (24)4.3.1入口气速对压力波动及旋进涡核频率的影响 (24)4.3.2 入口气速对涡核无量纲偏心距的影响 (27)4.4气流下行过程中的能量损失与旋进涡核特性的关系 (30)4.5 本章小结 (32)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (36)1绪论1.1 课题背景工业生产中不可避免的会排放带有粉尘的气体，为将排放气体中所含的固体颗粒达到排放标准，气固分离装置不可或缺。
进口条件对旋风分离器性能影响研究
进口条件对旋风分离器性能影响研究崔益华 张颖翀 张建辉 王长江 任进勇南通润邦重机有限公司 南通 226000摘 要：文中利用计算流体力学、连续相选用雷诺应力模型、离散相选用分散颗粒群轨迹模型，对不同进口速度（8 m/s、16 m/s、24 m/s 和32 m/s）和进口角度（0°、2.5°、5°和10°）下旋风分离器内不同粒径（0～10 μm ）颗粒的气固两相流动特性和分离效率进行数值计算分析。
研究发现，同一进口风速下，当粒径小于临界粒径时，分离效率相对较低且粒径大小对分离效率影响较小；当粒径大于临界粒径时，分离效率迅速增高至100%。
对于小颗粒粒径，随着进口速度的增大，旋风分离器分离性能先增强后减弱。
适当增加进口角度不仅能够提升小粒径颗粒的分离效率，还能减小旋风分离器的分离粒径。
进口角度和进口速度对旋风分离器的分离性能影响较大。
关键词：旋风分离器；进口角度；进口速度；颗粒粒径；分离效率中图分类号：TQ051.8 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2022）16-0026-04Abstract: Based on computational fluid dynamics, Reynolds stress model for continuous phase and trajectory model for dispersed particle group for discrete phase, the gas-solid characteristics of particles with different diameters (0 ~ 10 μ m) in cyclone separator at different inlet velocities (8 m/s, 16 m/s, 24 m/s and 32 m/s) and inlet angles (0, 2.5, 5 and 10) were studied. It is found that at the same inlet wind speed, when the particle size is smaller than the critical particle size, the separation efficiency is relatively low and the particle size has little influence on the separation efficiency. When the particle size is larger than the critical particle size, the separation efficiency quickly increases to 100%. The particle size of small particles will increase with the inlet speed, while the separation performance of cyclone will first increase and then decrease. Increasing the inlet angle can not only improve the separation efficiency of small particles, but also reduce the separation particle size of cyclone separator. The inlet angle and inlet speed have great influence on the separation performance of cyclone separator.Keywords: cyclone separator; inlet angle; inlet speed; particle size; separation efficiency0 引言旋风分离器作为一种常见的除尘、分离设备，在粮储、木工、发电和环保等行业运用广泛[1-3]。
旋风分离器分离性能的数值模拟与分析
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第5期·1360·化 工 进展旋风分离器分离性能的数值模拟与分析陈俊冬1，宋金仓1，曾川2，邹鹏程1，王晓天2，陈海焱1（1西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010；2西南科技大学制造科学与工程学院，四川 绵阳 621010）摘要：以XLPB-5.0和XCX-5.0两种旋风分离器为原型，采用CFD 软件对这两种旋风分离器进行了流场与分离效率的数值模拟，初步探讨了入口蜗壳形式与芯管结构对分离效率的影响。
模拟结果显示：旋风分离器内流场呈各向异性分布特点，切向速度是影响分离效率的首要因素，径向速度的存在会造成“流场短路”现象，使轴向速度呈不对称分布，导致分离效率的降低。
轴向速度与径向速度的共同作用促使颗粒在旋风分离器内做螺旋运动；XLPB-5.0和XCX-5.0的分离效率分别为92.55%和94.96%，与实验结果基本吻合，且不同芯管参数下XCX 型的分离效率比XLPB 型高；螺旋式入口蜗壳（XCX-5.0型）对旋风分离器上部流场的影响相比直流式入口蜗壳（XLPB-5.0型）复杂；对于两种旋风分离器，随着芯管直径的增大，分离效率逐渐变小；随着芯管深度的增大，分离效率先增大后减小。
关键词：旋风分离器；数值模拟；分离效率；入口蜗壳；芯管中图分类号：TQ 051.8 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）05–1360–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.05.015Numerical simulation and analysis on separation performance ofcyclone separatorCHEN Jundong 1，SONG Jincang 1，ZENG Chuan 2，ZOU Pengcheng 1，WANG Xiaotian 2，CHEN Haiyan 1（1 School of Environment and Resource ，Southwest University of Science and Technology ，Mianyang 621010，Sichuan ，China ；2 School of Manufacturing Science and Engineering ，Southwest University of Science and Technology ，Mianyang621010，Sichuan ，China ）Abstract ：Taking two cyclone separators XLPB-5.0 and XCX-5.0 as the prototype ，numerical simulations on their flow field and separation efficiency were conducted by computational fluid dynamics （CFD ）. The influence of inlet volute form and central tube structure on separation efficiency was discussed. Results showed that the flow field in the cyclone separator presented anisotropic distribution characteristics. Tangential velocity was the primary factors influencing the separation efficiency ，while the existence of the radial velocity would cause the phenomenon of short circuit flow field and make the axial velocity distribution asymmetrical ，hence ， reduced the separation efficiency. The combined action of axial and radial velocity promotes particles to make spiral movement inside the cyclone separator. The separation efficiency of XLPB-5.0 and XCX-5.0 were 92.55% and 94.96%，respectively. This was consistent with the experimental results. Separation efficiency of XCX-5.0 was higher than that of XLPB-5.0 under different core pipe parameters. Compared with the spiral once-through entry （XLPB-5.0），the influence of spiral inlet volute （XCX-5.0）on upper flow field of cyclone separator are complex. Besides ，for the two cyclone separators ，the separation efficiency矿物加工工程研究。
进口尺寸对旋转流场分离特征的影响
关键词 ：进 口尺寸 ；计算流体力学 ；旋转流场结构 ；湍流 ；分离 ＤＯｈ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ４ ３ ８ — １ １ ５ ７ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ ２ ６ 中图分类号 ：Ｔ Ｑ ０ ５ １ ． ８ ４ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：０ ４ ３ ８ —１ １ ５ ７（ ２ ０ １ ４ ）０ １ —０ ２ ０ ５ 一Ｏ ８
（ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆＣ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｅ ａ ｓ ｔ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ３ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ｓ ｉ ｚ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ． ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ａ ５ ０ １ Ｔ Ｉ １ Ｔ Ｉ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅ ｉ ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ＣＦ Ｄ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｉｌ ｆ ｅ ，ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ
入口形状对流场内部的影响
同时两 种方 法 的结 果存 在 一 定 的差异 ，且该 差 异
的分 布具 有 一 定 的规律 。两种 方 法得 到 的结 果 是否 具 有某 种联 系 ， 否 可 以对解 析 法 的表 达式 进 行修 正 ， 是 可 以作 为下一 步 的研究 内容 。
参 考 文 献
［】 陈 学 东 ， 学 明 ， 皴 玺 ． 精 密 气 浮 定 位 工 作 台技 术— — 气 １ 何 叶 超 浮 系统 动 力 学 与 控 制【 ． Ｍ】 武汉 ： 中 科 技 大 学 出版 社 ， ０ ． 华 ２ ８ ０
别 。对 此 可 以通 过加 密 网格 、 采用 自适应 网格 以及提 高 残差 精度 等方 法解 决 。 因此 ， 以得 出这 样 的结 论 ： 似于 固体 力 学 中 的 可 类
韩 占忠 ． 敬 ， 王 兰小 平 ．Ｌ Ｅ Ｔ 流 体 工 程 仿 真 计 算 机 实 例 ＦＵ Ｎ ： 应 用【 ］ 京 ： 京 理 工 大学 出版 社 ，０４ Ｍ． 北 北 ２０．
图 ７ 截 面 ３速 度 分 布
当改 变 入 口截 面形 状 。从 而 既可 以做 到 避 免 由于 流体 的 剧烈 运 动 导 致 的 冲击 效 应 ， “ 穴 ” 如 气 导致 溶 解 于 水
表 １ 三种 情 况 截 面 压 降
中的气体 高速 冲击 阀杆 、 阀芯 带来 的灾难 性 破坏 ； 可 又
Ｏ 引 言
圣 维 南 原 理 作 为 固体 力 学 当 中最 重 要 的定 理 之
一
力取代 静力 等效 的分布力 系 ． 除在 外力 作用 区域 内有 则 明显 差 别外 ， 在距 外 力 作 用域 略 远处 （ 约等 于 横 截 面尺 寸处）上述 替代 所造成 的影 响就 非常 微小 ， 以不计 Ｉ ， 可 Ｉ Ｊ 。 那 不 禁 要 问流 体 当 中 是 否 也 有 类 似 圣 维 南 原 理 的 应
旋风分离器矩形入口高宽比对流场及性能的影响研究
Abstract：By means of the CFD software Fluent and using RSM Model，the straight double-inlet cyclone separator was numerically simulated，and the influence of different aspect ratio of rectangular inlet of the cyclone separator on gas flow field，pressure drop and separation efficiency was analyzed. Results show that，in the case of the same entrance area and throughput，as the inlet aspect ratio increases，the tangential velocity increases first and then decreases，its effect on axial velocity is not significant. The pressure drop is affected by turbulence，increases first and then decreases，and reaches a maximum at an inlet aspect ratio of 3.5.Due to higher tangential velocity and lower turbulence intensity，the separation efficiency is highest when the inlet aspect ratio is 4.5. Key words：cyclone separator；double inlet；numerical simulation
出入口结构及入口气速对旋风分离器内旋流非稳态特性的影响
太原理工大学硕士研究生论文出入口结构及入口气速对旋风分离器内旋流非稳态特性的影响摘要旋风分离器的内流场是三维强湍流场，对不同结构的旋风分离器的内流场进行研究分析，能够为提高旋风分离器的捕集效率提供依据。
现代高效旋风分离器已能基本除净粒径大于10 μm的颗粒，但对于5 μm以下的超细颗粒的捕集能力仍需进一步挖掘。
在旋风分离器的内流场中，旋进涡核（Precessing V ortex Core，简称PVC）旋转特性能够明显的影响小颗粒的逃逸。
本文应用计算流体力学模拟方法对不同插入管直径De和旋风分离器横截面积与入口面积之比K A下的旋风分离器内的流场进行模拟,获得了入口气速与进、排气结构尺寸对切向速度和轴向速度、短路流量、涡核的旋转频率以及涡核中心偏离分离器几何中心的距离的影响规律。
并得到了它们对颗粒收集效率、返混夹带率和短路流逃逸率的影响。
通过对模拟结果的进一步分析，发现在排尘口处加设顶锥可以削弱涡核摆动。
通过稳涡结构与无稳涡结构的对比，定量描述出入口气速、涡核旋转频率及摆动幅值、颗粒返混情况三者之间的量化关系。
同时，探讨了旋进涡核在排尘口处的失稳现象产生的原因。
论文主要内容和结果有：（1）分析了设备出入口结构与气速变化对旋风分离器内流场中最大切向速度的分布规律，并得到了切向速度随De、K A的变化趋势，及顶锥对切向速度造成的影响。
（2）对比研究了设备出入口结构对旋风分离器内流场中轴向速度分布I太原理工大学硕士研究生论文趋势，发现了De、K A和顶锥对滞流层及上下行流分界面直径的影响规律。
（3）考察了设备出入口结构对旋风分离器的短路流影响程度，总结出短路流量大小、位置和发生区域随De与K A的变化规律及顶锥对短路流的影响。
同时，分析了三者对下行流的影响。
（4）描绘出了不同结构参数与气速下旋进涡核的旋转特性并总结了其变化规律。
（5）细化了颗粒收集效率、返混夹带率和短路流逃逸率三者与结构参数之间的关系，并建立了涡核旋转特性与返混夹带率的模型。
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 CycloneWei 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。
入口形状对旋风分离器性能的影响
透、绝 热，离 散 相 在 壁 面 为 反 射 模 型 （ＲＥ－ ＦＬＥＣＴ）。 灰 斗 处 的 边 界 条 件 为 （ｔｒａｐ），认 为 凡 是 到 灰 斗 的 灰 尘 都 无 法 逃 逸 ，被 旋 风 分 离 器 捕 集 。
几何模型的建 立 和 ＣＦＤ 计 算 过 程 与 模 型 验 证的过程相同。
灰200mm旋风分离器结构简图fig4structurefiguresofcyclone种不同形状入口的旋风分离器的压降fig5cyclonespressuredropsinthesixcasesofdifferentinletshapes旋风分离器的入口结构尺寸table1inletsizesofcyclonermma1mma2mmbmm6展示的是压力大和最小情况下的入口径向截面的752376651434532532940600900600376旋风分离器入口处的压降分布图fig6distributionofpressuredropsindifferentcases33卷280状可导致旋风分离器顶板附近流场不同形状入口的旋风分离器的分级效率基本完全旋风分离器顶板附近的速度矢量分布图fig8velocityvectorprofilesnearthecyclonetopplane花费很长时间才能进入底部34种不同形状入口的旋风分离器的分级效率曲线fig7gradeefficiencycurvesinthesixcasesofdifferentinletshapes8展示的是分离效果最好和最差两组情况
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｎｌｅｔ ｓｈａｐｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｙｃｌｏｎｅ， ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｃｏｄｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｚｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｎｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ： （１）Ｉｎｌｅｔ ｓｈａｐｅｓ ｗｉｌｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｎｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ．Ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｘ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｌｅｔ ｓｈａｐｅｓ，ｔｈｅ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｉｎｌｅｔ ｗｉｔｈ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ ２ｈａｓ ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｐｒｅｓ－ ｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｎｅ ｗｉｔｈ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ １．５ｈａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ．（２）Ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｉｎｌｅｔ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ ｄｒｏｐ ｗｉｌｌ ｄｅｃｒｅａｓｅ ａｔ ｔｈｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ．（３）Ｉｎｌｅｔ ｓｈａｐｅｓ ｃａｎ’ｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｇｒａｄｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｌａｒ－ ｇｅｒ ｔｈａｎ ２．５μｍ．Ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ’ｓｉｚｅ ｉｓ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈａｎ ２．５μｍ，ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｎｅ ｗｉｔｈ ｃｉｒ－ ｃｕｌａｒ ｉｎｌｅｔ ｈａｓ ｔｈｅ ｗｏｒｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｏｎｅ ｈａｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． （４）Ｔｈｅ ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｉｎｌｅｔ ｗｉｌｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ａｔ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｃｙｃｌｏｎｅ ａｎｄ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ａｓｈ ｂｕｃｋｅｔ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｒｕｎ ｍｏｒｅ ｓｍｏｏｔｈｌｙ ａｎｄ ｇｅｔ ｈｉｇｈｅｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｙｃｌｏｎｅ；ＣＦＤ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｉｎｌｅｔ ｓｈａｐｅ
两级串联旋风分离器不同连接通道截面积对流场及性能的影响
两级串联旋风分离器不同连接通道截面积对流场及性能的影响赵潇; 李杰【期刊名称】《《石油工程建设》》【年(卷),期】2019(045)005【总页数】7页(P5-11)【关键词】旋风分离器; 两级串联; 流场; 分离效率; 有限元【作者】赵潇; 李杰【作者单位】中石油贵州天然气管网有限公司贵州贵阳 550081; 黔南民族职业技术学院贵州都匀 558000【正文语种】中文1 数值计算模型1.1 流体湍流模型两级旋风分离器[1-7]内部流体为各向异性的强旋流，采用Navier-Stokes方程描述气体相，通过雷诺应力模型求解应力输运方程，基本方程表示如下：（1）连续性方程：（2）动量方程：（3）雷诺应力模型输运方程：式中：ρ为流体密度，kg/m3；i、j、k为坐标方向；xi、xj、xk 为空间位置，m；ui、uj、uk 为流体瞬时速度分量，m/s；为流体平均速度分量，m/s；u′i、u′j 为流体脉动速度分量，m/s；为平均压力，Pa；为雷诺应力分量，m2/s2；μ为流体动力黏度，Pa·s；t为时间，s；DT，ij 为湍流扩散项；DL，ij 为分子扩散项；Gij 为应力产生项；φij 为应力应变再分配项；εij 为耗散项。
1.2 固体颗粒运动模型两级旋风分离器内部固体颗粒在气流的带动下运动，由牛顿第二定律可得固体颗粒在拉格朗日坐标下的轨迹运动方程：式中：mp 为颗粒质量，kg；为颗粒速度，m/s；为颗粒阻力，N；为颗粒重力，N；为颗粒浮力，N；为附加质量力，N；为压力梯度力，N；为旋转科氏力，N；为离心力，N。
2 仿真模型建立2.1 几何模型及网格划分两级串联旋风分离器之间的连接通道截面积与筒体截面积之比为K，即K=，其中D为旋风分离器筒体直径，a、b分别为旋风分离器进口的高和宽。
本文主要研究3组两级串联旋风分离器即K7.85+K7.85 组、K7.85+K6.28 组、K7.85+K10.47 组的流场与性能。
不同入口高宽比下旋风分离器的压降
图 7 3种 类型旋风分离器的粒级效率
3 结论
通过比较 3种不同类型的旋风分离器同一轴向 高度上切向速度的分布, 发现随着旋风分离器高宽
作者简介: 李强 ( 1983- ), 男, 湖 南永 州人, 硕 士 生, 主要 从事气固两相流数值模拟的研究。
E - ma il: 010- 01- 28; 修回日期: 2010- 02- 06
效率, 切割粒径是分离效 率为 50% 时的颗粒粒径。 粒级效率图可以清晰表明旋风分离器对不同粒径颗 粒的分离性能。 3种类型旋风分离器的粒级效率见 图 7。由图 7可知, 类型 B 旋风分离器的切割粒径 最小。 3种类型旋风分离器的分离效率分别为: A: 88. 71% , B: 91. 54% , C: 90. 27% 。因此, 当入口高 宽比增大或减小时, 分离器的切割粒径都变大, 从而 使分离器的分离效果变差。在实际工程运用中, 应 当保持旋风分离器入口高宽比在一个合适范围内, 使得旋风分离器具有最佳的分离效率。
敷设管网 23. 2 km, 管道沿道路敷设, 采用顶管及开挖方式进行。 总造价: 4. 87 ! 108 元。 进展阶段: 报批可研。
A 04
[ 4] 曹晴云, 姬 广勤, 金有海, 等. 不同结 构参 数下 旋风分 离器气相流场的数值研究 [ J]. 流 体机械, 2008, ( 1): 34- 39.
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【word】各种旋风分离器流量与结构尺寸关系探讨
【word】各种旋风分离器流量与结构尺寸关系探讨各种旋风分离器流量与结构尺寸关系探讨石油化工应用PETROCHEMICALINOUsTRYAPPUCATION第27卷第1期2008年2月29各种旋风分离器流量与结构尺寸关系探讨夏正兵,袁惠新(江苏工业学院分离工程研究所,江苏常州213016)摘要:旋风分离器是一种成本低,效率高,可靠性高的颗粒和液滴捕集设备,它的可靠性在于没有运动部件,而且能在非常恶劣的操作环境下运行.旋风分离器被广泛的用于轻工业和重工业既可以设计成分级器;又可以设计成分离器.本文通过分析不同的旋风分离器模型,得到结构尺寸与流量之间的关系.关键词:旋风分离器;分离效率;流量中图分类号:TQ051.84文献标识码:A文章编号:1673-5285(2008)01—0029—03 本文主要是分析不同旋风分离器结构尺寸变化对其气体流量大小的影响,即研究Q=D,Oi,Oo,L】.总的来看,其影响因素表现在两个方面,第一是尺寸的变化影响了旋风分离器体积或者截面积的变化,使得在同样流速下体积流量的变化;其次是结构尺寸的变化同时也引起旋风分离器的压力损失的变化,同样多的能量输入下,压力损失大的分离器气体流速就会变小,从而流量减小.1理论推导旋风分离器工程上常常用下面的经验公式来估算其压力损失?:.?【告】?2一该式中:k常数,一般取k=20~40;矩形进风1:3的长度;——矩形进风1:3的宽度;D.——排气孔直径;,一分离腔总长度;.p——进料密度.流速和人1:3面积存在有关系式:Q=A式中:A为气体人1:3面积.统一使用圆形入1:3截面,则:孚所以:=其中人1:3管直径,可以表示为:=HxB收稿日期:2007—10—25作者简介:夏正兵(1982一),男,籍贯:江苏建湖,硕士,已发表文章近5 篇,研究方向:分离技术与环保设备.(2)(3)(4)石油化工应用2008年式中:B——矩形入口截面的宽度;H——矩形入口截面的高度.通常情况下H=2B.(5)因此,式(1)可变化为:rQ2pi-71”2.2,p-ff?,p’丽2?【】:——一2??qT2雨知2【告】?后?手【】.则有:一D2Qi=?告?鲁?【】.DDLDJ一旋风分离器典型结构有:表1旋风分离器结构比例(6)按照压力降Ap=1200Pa,系数取k=35,空气密度p=1.205kg/m.计算可得:(1)流量与旋风分离器直径的关系:有:璧?告??.?告?.【】D2(7)DDLDJ一=6.684?告??【】.按照表1中数据,代入不同旋流器结构比例,则Rietema旋流器Qf=0.952DBradley旋流器Q=0.288D=Mozley旋流器Q=0.3637D(2)流量与旋风分离器气体入口管直径的关系: Rietema旋流器Qi=0.543D-.-2Bradley旋流器Qi=0.346D--LM.zley旋流器Ql=0.3778鲁(3)流量与旋风分离器气体出口管直径的关系Rietema旋流器Ql=0.4478D--g~Bradley旋流器Qi=0.230D--g~M.zley旋流器QI=0.272D--g~2结果与讨论由上节得到的关系式拟合曲线可得:广/./.d譬..;.00.10.20.30.t0.S60.70.80.9直径D/m图l旋风分离器流量与直径的关系765矗32l000000n一*\糍蝶夏正兵等各种旋风分离器流量与结构尺寸关系探讨31 O.350.30.250.20.t5l仉O5O/r,?_??00.10.20.30.40.50.6入口管结构尺寸图2旋风分离器流量与入口结构尺寸的关系0,25乏0.2.?婚龋0.t壤O.O5O0020.40.6出舒站构R图3旋风分离器流量与出口管结构尺寸的关系3结论由图表可以看出:(1)流量和直径之间存在一个二次曲线的关系,随着直径的增加,处理量增大幅度越快;(2)流量与气体进出口管直径都是线性的关系,随着尺寸比例的增大处理量也相应增加,其中Rietema旋流器曲线的斜率最大;(3)参与比较的三种旋风分离器在相同的结构尺寸变量下,Rietema旋流器处理量最大,Mozley旋流器次之,Bradley旋流器处理量最小;(4)综合比较下,Rietema旋流器在处理量方面的性能要优于其它两种旋风分离器.参考文献:[1]袁惠新,冯矗.分离工程[M].北京:中国石化出版社[2]ACHeumann,LEJonathan.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.Investigation0therelationshiplnvestlnmerel0betweenphysical一一dimensionandflowthroughanalysesdifferentgas?—-cyclonesXIAZhengbing,YUANHuixin(InstituteofSeparationEngineering,JiangsuPolytechnicUniversity,Chang zhou,Jiangsu213016,China)Abstract:Thecycloneseparatorisoneofthemostefficientandrobustdustandm istcollectorsavailableforthecost.Itsrobustnessislargelytheresultofitslackofmovingpartsandabilitytowit hstandharshoperatingenvironments.Cy—clonesareappliedinbothheavyandlightindustrialapplicationsandmaybedes ignedaseitherclassifiersorsepara—tors.Thistextgotarelationbetweenphysicaldimensionandflowthroughanaly sesdifferentGas—cyclonesmodels.Keywords:gas—-cyclone;separationefficiency;flow一?暑\裁曝。
谈旋风除尘器尺寸关联与阻力计算
谈旋风除尘器尺寸关联与阻力计算胡宝林旋风除尘器是利用旋转气流的惯性离心力将灰尘从空气中分离出来的干式净化除尘设备，所以也称作离心除尘器或沙克龙除尘器（cyclone）。
旋风除尘器的发明至今已有百余年历史，随着研究的不断深入，制作技术已很成熟，各部分的尺寸有一定的比例关系。
除尘器主要由进口、筒体、锥体和排风口组成，通过大量试验研究取得了一些实用阻力计算公式。
由于它结构简单、安全防火、制作和运行成本 以上的粉尘净化效率高于90%，得到普遍推广，多年来在棉花加工厂低，对10m除尘系统中广泛应用。
棉花加工厂主要靠气力输送，含尘废气很多，一般需要配置旋风除尘器80～100个，但除尘效率较低、性能差异较大，主要原因有两个，一是生产线设计人员只注重主机设备而忽视通风除尘器系统设计。
二是有些具体制作人员文化水平低、缺乏理论基础、不具备设计计算能力、仅凭师傅传授的一点经验数据，缺乏科学性和系统性，因此出现了通风除尘系统漏风大、阻力大、能耗大、效率低等问题。
除尘器效率低不仅造成环境污染，而且也会影响气力输送系统正常运行，其风量、风压与气力输送管网系统密切相关。
因此，本文将从基本原理入手，分析各部尺寸关联，并以常见的下旋55型和60型旋风除尘器为例进行尺寸计算和阻力计算。
一、工作原理含尘气流由切向进口进入除尘器后，沿筒体和锥体内壁自上而下做高速旋转运动，向下旋转的气流称为外涡旋。
外涡旋到达锥体底部后，转而向上，沿轴心向上旋转，向上旋转的气流叫内涡旋，最后经排风管排出。
气流做旋转运动时，尘粒在惯性离心力的推动下，向气流形成的旋转体外援移动，当到达内壁边缘时，粉尘颗粒会与内壁接触释放能量并在重力的作用下，沿壁面滑落到底部的出杂口。
如图一所示。
图一旋风除尘器工作原理示意图气流从顶部向下旋转时，顶部压力下降，部分气流会带着细小尘粒沿外缘旋转向上，到达顶部后再沿排风管外壁旋转向下，经排风管排除，这部分旋转气流称为上涡旋。
显然上涡旋的存在会影响除尘效率，应尽量避免。
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２ ． ２ 旋风分离器压降 旋风分离器的压降是其内部流场的能量损失， 是评价旋风分离器性能的一个重要参数。３种类型 。由表 １可知， 旋风分离 旋风分离器的压降见表 １ 器压降随着高宽比的增大而增加。当高宽比增大 时， 最大切向速度的径向位置向壁面靠近， 外旋涡的 厚度减小， 近壁面区颗粒浓度增大， 从而增大了气流 ａ ｒ ｔ ｈ 与分离器器壁之间的摩擦力， 导致压降增大。 Ｂ 模型是基于平衡轨道理论的模型， 考虑了摩擦对旋
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄｔ ｗ ｏ ｐ ｈ ａ ｓ ｅｆ ｌ ｏ ｗｉ ｎｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｈ ａ ｖ ｉ ｎ ｇｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄｂ ｙ Ｒ ｅ ｙ ｎ ｏ ｌ ｄ ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｇ ａ ｓ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｔ ｏ ｃ ｈ ａ ｓ ｔ ｉ ｃｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎＬ ａ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅｃ ｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｐ ｈ ａ ｓ ｅ ．Ｕ ｓ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｐ ｒ ｉ ａ ｔ ｅ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈｒ ａ ｔ ｉ ｏｅ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｋ ｅ ｅ ｐａｈ ｉ ｇ ｈａ ｉ ｒ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙａ ｎ ｄｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎｔ ｈ ｅｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｖ ｏ ｒ ｔ ｅ ｘｉ ｎｔ ｈ ｅｎ ｅ ａ ｒ ｗ ａ ｌ ｌ ｏ ｆ ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄａ ｌ ｌ ｏ ｗ ｓ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｔ ｏｂ ｅｃ ａ ｐ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄａ ｎ ｄｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｅ ｄｂ ｙｔ ｈ ｅｗ ａ ｌ ｌ ｍ ｏ ｒ ｅｅ ａ ｓ ｉ ｌ ｙ ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈｐ ｌ ａ ｙ ｓ ａ ｎ ｉ ｍ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅｉ ｎｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ． Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ； ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈｒ ａ ｔ ｉ ｏ ； ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ
第３ ０卷 第 １ ２期 ２ ０ １ ０年 １ ２月
煤气与热力
Ｇ Ａ Ｓ＆Ｈ Ｅ Ａ Ｔ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ０Ｎ ｏ ． １ ２ Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ ０
檲檲殘
檲檲檲檲檲檲檲檲檲殘 檲檲殘
供热热源
旋风分离器是循环流化床的重要部件， 是循环 流化床内固体物料高效利用的保证。对于大容量循 环流化床锅炉， 由于旋风分离器的尺寸较大， 导致分 离效率降低。如何提高旋风分离器的分离效率是一 项循环流化床设计时必须解决的技术问题。可以 说， 旋风分离器是循环流化床锅炉的一个核心部件， 其性能的优劣对整个循环流化床锅炉的运行影响很 大。 旋风分离器的分离效率和分离器内的流场是密 切相关的， 深入研究分离器内的气固两相流动特性 对于其结构优化、 提高分离效率有重要意义。近年 来， 国内外在旋风分离器结构尺寸、 入口流速等对分
图２ 旋风分离器网格模型
时依然存在不足。 Ｒ Ｓ Ｍ 抛弃了各向同性湍流动力
黏度及湍流应力与时均速度梯度成线性关系的假 设， 在模拟各向异性的湍流流动中具有一定的优越
１ ］ 性， 能更好地模拟强旋流场 ［ 。已有学者采用 Ｒ Ｓ Ｍ
成功模拟了不同结构参数下旋风分离器内的气相流
式中 Ｉ — — —湍流强度 Ｒ ｅ — — —入口雷诺数 水力直径 Ｄ Ｈ 的计算式为： ｈ ｂ ２ Ｄ Ｈ＝ ｈ ＋ ｂ 式中 Ｄ — —水力直径， ｍ ｍ Ｈ— ｂ ． 出口边界条件。出口采用充分发展边界条 件， 即所有物理量在出口法线方向的梯度为 ０ 。 ｃ ． 壁面边界条件。壁面为无滑移边界条件， 近 壁面采用壁面函数法。 ｄ ． 排尘口边界条件。假设没有气流从排尘口流 出， 气流流量为零。 ２ 计算结果及分析 ２ ． １ 气相流场分析 切向速度和轴向速度是影响旋风分离器分离效 率的重要因素， 本文选取 ｚ ＝ ５ ５ ０ 、 ６ ７ ０ｍ ｍ 高度上的
环形空间 柱形空间
入口
程， 考虑颗粒相和气相的耦合作用。 ③ 边界条件设置 ａ ． 入口边界条件。入口气流为常温下的空气， 入口空气流速为 １ ５ｍ／ ｓ ， 入口指定参数为湍流强度 的计算式为： 和水力直径。湍流强度 Ｉ
－ ０ ． １ ２ ５ Ｉ ＝ ０ ． １ ６Ｒ ｅ
排尘口
锥形空间
Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅｏ ｆ Ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｗ ｉ ｄ ｔ ｈＲ ａ ｔ ｉ ｏｏ ｆ Ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ Ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｎＦ ｌ ｏ ｗ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄｉ ｎＣ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅＳ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ
Ｌ Ｉ Ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ， Ｈ Ｕ Ａ Ｎ ＧＲ ｏ ｎ ｇ ｇ ｕ ｏ ， Ｍ Ｉ Ａ ＯＺ ｈ ｅ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ， ＷＥ Ｉ Ｆ ｅ ｉ ｆ ｅ ｉ
·Ａ０ １ ·
第３ ０卷 第 １ ２期
煤 气 与 热 力
ｗ ｗ ｗ ． ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｈ ｅ ａ ｔ ． ｃ ｏ ｍ
尘口直径 Ｄ １ ６ ０ｍ ｍ ， 排气管插入深度 Ｓ ＝ ７ ０ｍ ｍ 。 ｄ＝ 分离器入口尺寸一共设计了 ３种类型： 类型 Ａ 入口尺寸为 １ ９ ０ｍ ｍ× １ ０ １ｍ ｍ ， 入口截面高宽比为 １ ． ８ ８ ； 类型 Ｂ尺寸为 ２ ４ ０ｍ ｍ× ８ ０ｍ ｍ ， 入口截面高 宽比为 ３ ； 类型 Ｃ入口尺寸为 ３ ２ ０ｍ ｍ× ６ ０ｍ ｍ ， 入口 截面高宽比为 ５ ． ３ ３ 。对旋风分离器进行网格划分， 各部分均采用结构化网格， 网格模型见图 ２ 。
!
入口风速为 １ ５ｍ／ ｓ 时， ３种类型的旋风分离器 在环形空间内 ｚ ＝ ６ ７ ０ｍ ｍ高度上的切向速度分布和 轴向速度分布见图 ５ 、 ６ 。由图 ５ 、 ６可知， 类型 Ａ旋 风分离器切向速度最小， 向下的轴向速度最大； 类型 Ｂ次之； 类型 Ｃ分离器切向速度最大， 向下的轴向速 度最小。即随着高宽比的降低， 向下的轴向速度增 加。环形空间内气流向下的轴向速度增加， 特别是 靠近排气管壁外侧的气流向下的轴向速度增加较 大， 这也会加剧“ 短路流” 现象， 导致分离效率的降 低。
２ ～ ６ ］ ， 能够很好地与实验值相符。因此， 本文采用 场［
Ｒ Ｓ Ｍ 对旋风分离器内部气相流场进行模拟。
排气管
由于旋风分离器内颗粒相为稀相， 颗粒相采用 拉格朗日坐标系下的随机轨道模型模拟， 采用 Ｐ Ｒ Ｅ Ｔ Ｏ 、 Ｑ Ｕ Ｉ Ｃ Ｋ差 分 格 式 和 Ｓ Ｉ Ｍ Ｐ Ｌ Ｅ算 法 求 解 控 制 方
离效率的影响已经做了大量研究和讨论， 但是对旋 风分离器入口截面高宽比对分离器分离效率影响的 研究还不多。本文对入口截面高宽比对旋风分离器 内流场的影响进行探讨。 １ 模型及网格划分 ① 模型及网格划分 模拟对象为某 ３ ０ ０Ｍ Ｗ 循环流化床锅炉的旋风 分离器模型， 模型与实物比例为 １ ∶ ２ ５ 。旋风分离器 结构见图 １ 。入口截面高宽比是旋风分离器入口高 度与宽度的比值， 即图 １中的 ｈ ／ ｂ 。分离器筒体直 ３ ２ ０ｍ ｍ ， 旋风分离器总高度 ｈ ７ １ ０ｍ ｍ ， 排 径 Ｄ＝ ａ＝ 气管直径 Ｄ １ ７ ０ｍ ｍ ， 排气管高度 ｈ ７ ３ ０ｍ ｍ ， 排 ｘ＝ ｒ＝
图１ 旋风分离器结构
图中 ｈ — — —锥体段高度， ｍ ｍ ｃ ｈ — — —排气管高度， ｍ ｍ ｒ Ｄ — — —排尘口直径， ｍ ｍ ｄ ｈ 、 ｂ — — —入口截面的高度、 宽度， ｍ ｍ Ｓ — — —排气管插入深度， ｍ ｍ Ｄ — — —分离器筒体直径， ｍ ｍ Ｄ — — —排气管直径， ｍ ｍ ｘ ｈ — — —旋风分离器总高度， ｍ ｍ ａ ② 数学模型及计算方法 目前， 气 相 湍 流 计 算 模 型 主 要 有 ｋ－ε模 型、 Ｒ Ｎ Ｇ模型、 雷诺应力模型（ Ｒ Ｓ Ｍ） 。 ｋ－ε模型基于 各向同性假设， 与旋风分离器内部强旋流场的实际 情况不符。Ｒ Ｎ Ｇ模型虽然在 ｋ － ε模型的基础上引 入了时均应变率的概念， 但由于依然采用各向同性 的湍流动力黏度来计算湍流应力， 在描述强旋流场
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ｗ ｗ ｗ ． ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｈ ｅ ａ ｔ ． ｃ ｏ ｍ