旋风分离器内颗粒质量浓度分布数值模拟

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循环旋风分离器内流场的数值模拟

循环旋风分离器内流场的数值模拟孙兰义3　崔铭伟　李　军　刘雪暖　李青松(中国石油大学)摘　要　采用CF D模拟软件Fluent6.2提供的雷诺应力模型(RS M)对循环旋风分离器内的流场进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验结果基本吻合。

结果表明,循环旋风分离器特殊的流路设计,提高了内部流场的对称性,规整了气流,减少了紊流的产生,降低了设备的压降。

对局部涡的分析,为进一步了解循环旋风分离器的分离机制和优化结构提供了参考依据。

关键词　循环旋风分离器　数值模拟　RS M模型　三维流场中图分类号　T Q05118+4 文献标识码　A 文章编号　025426094(2009)0120032206 近年来,国内的炼油企业纷纷建设加氢裂化和加氢精制装置,以满足经济迅速发展的需要。

加氢装置重复使用的循环氢气必须进行脱硫,以保持反应系统的氢分压,减少设备及高压系统的负荷和腐蚀。

循环氢脱硫是在系统压力下(通常为7.0～16.0MPa),使循环氢与贫胺液进行接触,以脱除循环氢气中的硫化氢。

为了降低系统的能耗,就必须提高贫胺液的浓度,并增加脱硫负荷。

这样,就应严格控制与胺液接触前的循环氢中液滴携带量,防止循环氢与胺液接触时起泡。

循环旋风分离器在工艺流程中的作用就是除去循环氢气体中的液滴等杂质,保证循环氢氨液洗涤脱硫塔的正常操作,减少其操作负荷以及保护加氢装置的心脏设备———循环氢压缩机。

循环旋风分离器特殊的外循环设计以及独特的内件设计使之成为众多气液分离设备中的佼佼者。

为深入了解分离器内流体的流动情况,笔者用CF D软件Fluent6.2模拟循环旋风分离器内的三维流场,并与实验数据进行对比,计算数据和实验数据基本吻合,为进一步了解循环旋风分离器的分离机制以及进一步优化结构提供了参考依据。

1　湍流模型的选择工程上常用的湍流模型主要有[1,2]:k2ε双方程模型、修正的k2ε双方程模型(RNG)、雷诺应力模型(RS M)、大涡模拟(LES)等。

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。

旋风分离器数值模拟

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6
3 计算：模型选择
采用稳态，压力基求解器，不考虑重力。湍流模型采用k-epsilon(2 epn) 模型，激活Swirl Dominated Flow（强旋流）。离散相采用DPM模型。颗粒采用煤粉，颗粒粒径为1um，密度为1000kg/m3
为何不采用Reynolds Stress模型？
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谢谢！
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从其速度矢量图可以看出，两侧的速度主要为周向速度，排气管的速度主要为轴向速度，而且速度逐渐减小，与已知相符。
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4 后处理
创建z=645截面的压力云图和速度矢量
从压力云图可以看出进口截面中间有个明显的低压区，其速度矢量图可以明显的看出造旋运动，且中间区域有明显的空白，即周向速度分量很小。
由于旋风分离器内部流动非常复杂，用试验或者解析的方法研究分离器内部的流动状况比较困难。近年来，随着计算机硬件 CFD(计算流体动力学)技术的不断进步，数值方法成为研究旋风分离器的一种重要手段。通过对旋风分离器内气固两相进行数值模拟，揭示旋风分离器内部流场，为优化旋风分离器的结构提供思路，也为进一步提高分离性能奠定基础。
因为旋风分离器内部流场是旋流占优，所以采用Swirl Dominated Flow，不采用 Reynolds Stress模型是因为三维雷诺应力模型需要求解七个方程，计算量大。
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3 计算：设置参数并求解
入口速度为30m/s，湍流强度为10%，水力直径为0.0543m。迭代3000，并以出口质量流量判断其收敛与否。

基于DPM的旋风分离器内颗粒轨迹数值模拟

第３卷第２１期
２１０１年６月
辽
宁
石
油
化
工
大
学
学
报
ＶＯＩＮｏ．２．３１
ＪＯＵＲＮＡＩ０ＦＬＡＯＮＩＩＮＧＨＩＳＨＵＡＵＮＩＶＥＲＳＴＹＩ
Ｊｎ２１ｕ．０１
文章编号：６２６５（０１０ —０３ —０１７ — ９２２１）２０６３
理。结果表明，粒在旋风分离器中运动轨迹比较复杂，颗同时受到入口速度和粒子半径的影响。相同粒径颗粒在不
同入口速度下运动轨迹不同，小粒径颗粒较容易受到入口速度的影响。模拟结果可为工程实际应用提供一定的且
ＡｂｔａｔＴｈｖｍｅｔｔａｋｏｈｏｉａｔｌｓｉｙｌｎｅａａｏａｅｎｓｕｉｄｂｕｒｃ１ｉｌｔｎｓｒｃ：ｅｍｏｅｎｒｃｆｔｅｓｌｐｒｉｅｎａｃｃｏｅｓｐｒｔｒｈｓｂｅｔｄｅｙｎｍｅｉａｍｕａｉ．Ｄｉｃｅｅｄｃｓｏｓｒｔ
摘要：采用数值模拟的方法研究旋风分离器内固相颗粒的运动轨迹，固相流场采用离散相模型（Ｍ）ＤＰ。通过分析不同粒径及入１速度对旋风分离器内固相颗粒运动轨迹的影响，索了颗粒在旋风分离器中运动的物理机：／探

旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的数值模拟

旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的数值模拟严思思;刘少文【摘要】FLUNT software was used to simulate the gas-solid two-phase flow in a cyclone separator. Phosphogypsum particles concentration distribution and separation efficiency in a cyclone separator of cold state were studied by using the Reynolds stress model and the Euler-Euler model. The simulation results were in agreement with the experimental results,demonstrating that the simulation results had good prediction accuracy. The effects of velocity,solid-gas ratio and outlet diameter on separation efficiency and section concentration distribution were investigated. The results showed the increase of velocity had little effect on separation efficiency and radial concentration distribution.Both separation efficiency and particle concentration increased as the solid-gas ratio rose. The outlet diameter also had influences on separation efficiency and concentration distribution of section 2. The simulation calculation confirms that the separation efficiency is 94.2% at outlet diameter of 50 mm,velocity of 17 m/s and solid-gas ratio of 2.25 kg/m3.%采用FLUNT软件对旋风分离器气固两相流进行数值模拟,应用雷诺应力模型和欧拉-欧拉模型对冷态下磷石膏在旋风筒中的浓度分布进行了研究,模拟结果与实验结果对比,有较好的吻合,说明模拟结果有较好的预报精度.模拟分别考察了风速、固气比和排料口直径对分离效率和截面浓度分布影响.模拟结果表明:增大风速,对—分离效率和径向上浓度分布影响较小;固气比增大分离效率提高,且颗粒浓度增大;排料口直径对分离效率和截面2的浓度分布影响明显.优化操作条件为:旋风筒下料口直径为50 mm,风速17 m/s、固气比2.25 kg/m3,此时分离效率达94.2%.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2018(040)002【总页数】6页(P138-143)【关键词】旋风筒;磷石膏;浓度分布;数值模拟【作者】严思思;刘少文【作者单位】武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉430205;武汉工程大学化工与制药学院,湖北武汉430205【正文语种】中文【中图分类】TQ172.4旋风分离器内部流场为复杂的三维湍流旋流场，其内部颗粒浓度分布和分离效率会影响它作为预热设备时的传质传热效率［1-2］，而颗粒浓度分布和分离性能受到操作条件和结构尺寸的影响。

旋风分离器内部流场及分离效率的数值仿真

ｐｒｉｌｓｍｏｉｎａｔｅ ’ ｔ．Ｔｈｅｕｔｈｗｅｈｔｔｅｆｗｉｌａｙｌｎｏｌｅｄｖｄｄｉｔｗｏｐｒｓｈｃｏｅｒｓｌｓｓｏｄｔａｈｌｆｄｉｇｓｃｃｏｅｃｕｄｂｉｉｅｏｔａｔ：ｇｓｃｃｏｅｕｒｃｌｓｍｕａｉｎ；ｆｗｉｌｉｔｉｕｉｎｅａａｉｎｅｆｉｎｙｙｗｏｄａｙｌｎ；ｎｍｅｉｉｌｔａｏｌｆｄｄｓｒｂｔ；ｓｐｒｔｆｉｅｃｏｅｏｏｃ
旋风分离器是利用含尘气体旋转时所产生的离
ｔｅｍｏｉｎｃｎｉｉｎｏａｔｌｓｉｔｗａｏｄｃｅｙｕｉｇｔｅｓｆｗａｅＦＬＥＴ．ＲＮＧ肛￡ｍｏｅｗａｈｔｏｄｔｏｆｐｒｉｅｎｉｏｃｓｃｎｕｔｄｂｓｎｈｏｔｒＵＮｄｓｕｅｏｓｍｕａｅｔｒｕｅｔｆｗｆｈａｅｕｈｓｎｈｇａｇｑａｉｎｗａｓｄｔｉｌｔｄｔｅｓｄｔｉｌｔｕｂｌｎｌｏｅｇｓｏｓｐａｅａｄｔｅＬａｒｎｅｅｕｔｓｕｅｏｓｍｕａｅｈｏｔｏ
文章编号：１７ —１６２０）２０５－４６３５９（０７０－０００
旋风分离器内部流场及分离效率的数值仿真
李仁年，王浩，苏吉鑫，徐振法
（兰州理工大学流体动力与控制学院，甘肃兰州７０５）３００
摘要：了研究旋风分离器内部气体和固体的运动状况与其分离机理，为采用ＦＵＮＬＥＴ软件对一旋风分离器内部

旋风分离器除尘器的数值模拟及分析

将已划分好的网格导入 Fluent 中进行模
用时间平均的方法, 若系统烟气入口平均流
图 4 颗粒轨迹
— 65 —
区域供热 2021. 2 期
此时随着灰尘颗粒反弹加重和气流的湍流速
度增加等原因反而造成分离效率下降。
3. 2 温度
分离效率受除尘器内温度的影响。将温
模拟气流在旋风分离器内部的强旋湍流运
次网格划分的总数,为保证计算精度,实施网
旋风分离器内颗粒相的运动, 选取颗粒随机
为 0. 5 mm,总网格数 72 435 个,接着增拟
— 63 —
区域供热 2021. 2 期
切向进入,在圆筒壁内做旋转向下的运动,通
过惯性将大颗粒分离至圆筒壁上, 然后进入
下部除尘斗。用于分离 5 至 10 μm 或更大的
灰尘颗粒的分离器,特别地,更大的灰尘颗粒
的分离器被用作流化床反应器的内部分离装
0 引言
离除尘器就是重要的组成部分之一。在灰尘
我国的公用事业燃煤锅炉和工业锅炉
较多的工厂中, 如果使用旋风分离除尘器作
主要以煤为原料 ,由于包括流化床在内的一
为第一级除尘器, 然后安装配备其他除尘器
受多种因素的影响,如温度、颗粒大小和入口
流速。
如图 1 所示 ,当含有尘埃的气流从进口

基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟

基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟
循环流化床旋风分离器是广泛应用于化学反应、热处理和废气处理等领域的重要设备。

该设备将固体物料以流化床形式进行循环，通过旋风分离器分离气固两相，实现了在化工、环保工程等领域的重要应用。

为了在设计和改进该设备时准确预测流动和分离的特性，数值模拟成为一种有效的方法。

基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟已经成为一种快速、准确预测流动和分离过程的工具。

CFD数值模拟的过程首先需要准确建立数值模型，进行网格划分和边界条件设定。

然后利用计算机运算能力，通过数值模拟解决数学模型得到流动和分离的过程。

最后，通过数值模拟的结果，可以解决实际设计和改进的问题。

在这个过程中，需要确定正确的物理模型、适当的边界条件和网格密度以及求解方法等。

对于循环流化床旋风分离器的数值模拟，需要考虑以下几个因素。

首先，需要考虑气固两相之间的相互作用。

流化床内气固两相的运动应当由玻意耳数学模型来描述，同时应当将压降等现象考虑在内。

其次，流化床内的颗粒运动也应当考虑，因此某些模拟需采用多相流模型。

此外，旋风分离器中气相的旋转和离心效应都应当加以考虑。

基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟具有许多优点。

其能够快速准确地预测流动和分离过程，可以帮助研究人员了
解设备内部的运动规律，进而优化设计、提高设备效率。

此外，该方法还可以帮助研究人员验证实验数据，并减少试验成本和时间。

因此CFD模型应用于该设备的设计和改进中，可以提
高效率，节约成本，同时优化产品质量和制造n优化生产成果。

旋风分离器内颗粒浓度场的数值模拟

ＡｂｔａｔＴｅｐｒｃｅｃｎｅｔｔｎｄｓｒｂｔｎｉｙｌｎｅａａｏａｕｒａｌｉｌｔｄｂｓｄｏｈｄｆｄｓｒｃ：ｈａｔｌｏｃｎｒｉｉｔｕｉｎａｃｃｏｅｓｐｒｔｒｗｓｎｍｅｉｌｓｍｕａｅａｅｎｔｅｍｏｉｅｉａｏｉｏｃｙｉＲｙｏｄｔｅｓｍｏｅｎｔｃａｔａｔｌｒｃｉｇｍｏｅｏｈｌｔｒｏｏｅｎｌｓｓｒｓｄｌｄｓｈｓｉｐｒｉｅｔａｋｎｄｌｎｔｅｐａｆｍｆｃｍｍｅｃａｏｗａｅｏＬＵＮＴ６１ａｏｃｃｏｒｉｌｆｒｆＦＥ．．Ｔｈｎｓｔｅｉ・
摘要：采用改进的雷诺应力模型和颗粒随机轨道模型对旋风分离器全空问内颗粒浓度分布进行了数值模拟。结果
表明，的颗粒捕集区和中间的颗粒分离区。颗粒捕集区的颗粒在器壁表面形成高浓度的灰带螺旋Ｆ行，灰带以一定的频率上下波动；粒分离区浓度分布均颗
果与实验数据吻合较好。关键词：旋风分离器；颗粒浓度；灰带；颗粒随机轨道模型；改进的雷诺应力模型
中图分类号：Ｑ０１８Ｔ５．文献标识码：Ａ
Ｎｕｅｉａｉｕａｉｎｏｒｉｌｏｃｎｔａｉｎｉｔｉｕｔｏｎｙｌｎｅｓｐｒｔｒｍｒｃｌｓｍｌｔｏｎｐａｔｃｅｃｎｅｒｔｏｄｓｒｂｉｎｉｃｃｏｅａａｏ
ｃｎｅｔａｉｎａｏｇｔｅｒｄａｉｅｔｎｉｗａｄｆｍｈｌｉｈｅａａｉｎｓａｅｗｓｄｖｄｄｉｔｃｌｃｉｇｚｎｅｒｔｅｏｃｎｒｔｌｎｈａｉｌｒｃｉｎｒｏｔｅｗａｌｎｔｅｓｐｒｔｐｃａｉｉｅｎｏｏｌｔｏｅｎａｈｏｄｏｒｏｅｎｗａｌｓａｉｇｚｎｎｔｅｃｎｅｅｉｎａｄｓｐｒｔｇｚｎｈｄｌ．Ｉｈｏｌｃｉｇｚｎ，ｐｒｃｅｈｗｅｅｉｓｌｌ，ｅｃｐｎｏｅｉｈｅｔｒｒｇｏｎｅａａｉｏｅｉｔｅｍｉｄｅｎｔｅｃｌｔｏｅａｔｌｓｓｏｄｈｌｏ‘ ｎｎｅｎｉｘｉｔｎｉｔｂｔｎａｄｍｏｅｏｗｒ．Ｔｅｓｌｔａｄｗｓｕｓａｌｎｖｄｕｎｏｎｗｉｏｒｑｅｃ．ｄｓｒｄｄｓｒｕｉｎｖｄｄｗｎａｄａｉｏｈｏｉｓｒｎａｎｔｂｅａｄｍｏｅｐａｄｄｗｔａｌｗｆｕｎｙｄｈｅ

旋风分离器内颗粒浓度场的数值模拟

收稿日期:2007-04-08基金项目:国家自然科学基金项目(20576074);国家高技术研究发展计划“863”项目(2007AA061702)作者简介:宋健斐(1979-),女(汉族),河北南宫人,讲师,博士,从事石油化工设备的教学与研究工作。

文章编号:167325005(2008)0120090205旋风分离器内颗粒浓度场的数值模拟宋健斐,魏耀东,时铭显(中国石油大学重质油国家重点实验室,北京102249)摘要:采用改进的雷诺应力模型和颗粒随机轨道模型对旋风分离器全空间内颗粒浓度分布进行了数值模拟。

结果表明,旋风分离器分离空间的浓度场沿径向可划分为中心的颗粒逃逸区、边壁的颗粒捕集区和中间的颗粒分离区。

颗粒捕集区的颗粒在器壁表面形成高浓度的灰带螺旋下行,灰带以一定的频率上下波动;颗粒分离区浓度分布均匀,颗粒处于被分离状态;颗粒逃逸区的颗粒浓度很低,颗粒螺旋上升逃逸。

旋风分离器的浓度场沿轴向分布比较复杂,在环形空间的上部和灰斗的上部存在顶灰环,浓度分布具有显著的非轴对称性,在升气管入口下方0125倍筒体直径(Φ)范围内存在短路流造成的高浓度区,在排尘口处存在旋转气流摆动造成的颗粒返混高浓度区。

模拟结果与实验数据吻合较好。

关键词:旋风分离器;颗粒浓度;灰带;颗粒随机轨道模型;改进的雷诺应力模型中图分类号:T Q 05118 文献标识码:ANu m er i ca l si m ul a ti on on parti cle concen tra ti on d istr i buti on i n cyclone separa torS ONG J ian 2fei,W E I Yao 2dong,SH IM ing 2xian(S tate Key L aboratory of Heavy O il Processing in China U niversity of Petroleum ,B eijing 102249,China )Abstract :The particle concentrati on distributi on in a cycl one separat or was numerically si m ulated based on the modified Reynolds stress model and st ochastic particle tracking model on the p latf or m of commercial s oft w are of F LUE NT 611.The in 2teracti on bet w een the particles and the gas phase and the turbulent diffusi on of particles were taken int o account .The particle concentrati on al ong the radial directi on in ward fr om the wall in the separati on s pace was divided int o collecting zone near the wall,escap ing zone in the center regi on and separating zone in the m iddle .I n the collecting zone,particles showed helix s ol 2id strand distributi on and moved down ward .The s olid strand was unstable and moved up and down with a l ow frequency .Particle concentrati on was unifor m and particles would be separated in the separating zone .I n the escap ing zone,particleconcentrati on was very l ow and most of particles escaped with the inner vortex fl ow .Particle concentrati on distributi on was comp lex al ong the axial directi on .The asy mmetric dust ring existed near the t op p late of the annular s pace and dust hopper .The l ocal high concentrati on existed under the entrance of the exit tube with a distance about 0125Φ(barrel dia meter )and the entrance of the dust hopper,which resulted fr om the short 2circuit fl ow and the re 2entrain ment of the fine particles in the inner vortex fl ow due t o the agitati on of separated particles,res pectively .The numerical si m ulati on results agree wellwith the experi m ental ones .Key words :cycl one separat or;particle concentrati on;s olid strand;st ochastic particle tracking model;modified Reynoldsstress model 旋风分离器内流场为复杂的三维湍流强旋流场,其内部的颗粒运动和颗粒浓度分布更为复杂。

基于DPM模型的旋风分离器内颗粒浓度场模拟分析

石油学报（石油加工）2018 年 5 月A C T A P E T R O L E IS IN IC A(P E T R O L E U M P R O C E S S IN G S E C T IO N) 第34 卷第 3 期文章编号：1001-8719(2018)03-0507-08基于D P M模型的旋风分离器内颗粒浓度场模拟分析高助威12,王娟12,王江云12,冯留海3,毛羽\魏耀东12 !1•中国石油大学重质油国家重点实验室，北京102249$ 2•过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室，北京102249$3•北京低碳清洁能源研究院，北京102209)摘要：为了研究旋风分离器内部颗粒浓度场的分布规律，采用R S M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勻，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。

关键词：旋风分离器$8值模拟$D P M;颗粒浓度；顶灰环；壁面磨损中图分类号：T Q051. 8 文献标识码：A d o i：10. 3969/j. issn. 1001-8719. 2018. 03. 009Sim ulation A n alysis o f P article Concentration o f Cyclone Separator Using the D PM ModelGAO Zhuwei1，，WANG Juan1，，WANG Jiangyun1，，FEN G Liuhai3，MAO Y u1，WEI Yaodong1，(1.S ta te K e y L a b o ra to ry o f H e a v y OH P r o c e s s in g，C hina U n iv ersity o f P e tr o le u m，B e ijin g102249，C hina $2.B e ijin g K e&L a b o ra to ry o f Process F lu id F iltra tio n a n d S e p a r a tio n，B e ijin g102249，C hina $3.N a tio n a l In stitu te o f C L ean-and-L ou-C arbon E n e r g y，B e ijin g102209,C hina)A b s tr a c t：To study the distribution of the particle concentration in cyclone，the RSM model and theparticle stochastic trajectory model were used to simulate the gas-solid flo ash ring and erosion of the wall were analyzed from particle concentration distribution and residencetime.The results showed that the concentration of particles in the wall were distributed in a spiralgray band，and the width and pitch of the gray bands were different.Along radial direction，theparticle concentration near the wall was high while other regions were low.Alo the particle concentration was larger in the bottom of the separation space，and the wid spiral gray band increased but the pitch decreased.There was top ash ring under the roo space，where a lot of particles gathered.The top ash ring was unevenly distributed，with obviousnon-axisymmetric characteristics.Furthermore，the t op ash ring had a certain periodicity sheddingphenomenon.The performance would not only cause the escape of particles and reduce theseparation efficiency of cyclone,but also cause erosion wear of the wall.In severe the cyclone separator would be worn out，causing the equipment to failure.K e y w o r d s：cyclone separator$numerical simulation$DPM$particle concentration;top erosion of wall收稿日期：2017-10-09基金项目：国家自然科学基金项目（21106181)、中国石油大学（北京）科研创新项目（2462015Y0303)资助第一作者：高助威，男，博士研究生，从事多相流动的数值模拟与实验研究通讯联系人：王娟，女，副教授，博士，从事多相流动及燃烧过程的数值模拟与实验研究；E-mail:w anguan@ cn508石油学报（石油加工)第34卷旋风分离器是气-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]。

《旋风分离器结构参数优化数值模拟研究》范文

《旋风分离器结构参数优化数值模拟研究》篇一一、引言旋风分离器是一种重要的气固分离设备，广泛应用于化工、电力、环保等领域。

其工作原理是利用离心力将气流中的固体颗粒分离出来，以达到净化气体的目的。

然而，旋风分离器的性能受其结构参数的影响较大，因此，对其结构参数的优化研究具有重要意义。

本文通过数值模拟的方法，对旋风分离器的结构参数进行优化研究，以期提高其分离性能。

二、文献综述在过去的研究中，许多学者对旋风分离器的结构参数进行了大量的实验和数值模拟研究。

这些研究主要集中在入口结构、分离器主体结构、出口结构等方面。

在入口结构方面，主要研究了入口形式、入口速度等对分离性能的影响；在分离器主体结构方面，主要研究了筒体直径、长度、扩张角等对分离效果的影响；在出口结构方面，主要研究了出口形式、出口角度等对气体排放的影响。

然而，仍有一些关键参数未得到充分的关注和研究，如旋风分离器内部流场的分布情况、颗粒的运动轨迹等。

因此，本研究将对旋风分离器的结构参数进行全面的数值模拟研究，以期为旋风分离器的优化设计提供理论依据。

三、数值模拟方法本研究采用数值模拟的方法，利用计算流体动力学（CFD）软件对旋风分离器进行建模和仿真。

首先，根据旋风分离器的实际尺寸和结构，建立三维模型。

其次，选择合适的湍流模型和离散相模型，对旋风分离器内部流场进行模拟。

最后，通过改变结构参数，如筒体直径、长度、扩张角等，分析这些参数对旋风分离器性能的影响。

四、模型建立与参数优化1. 模型建立根据旋风分离器的实际尺寸和结构，建立三维模型。

模型应包括入口段、筒体段、扩张段和出口段等部分。

在建模过程中，要确保模型的网格划分合理，以保证数值模拟的准确性。

2. 参数优化本研究主要对旋风分离器的筒体直径、长度、扩张角等关键结构参数进行优化。

通过改变这些参数的值，分析其对旋风分离器性能的影响。

在优化过程中，要综合考虑分离效率、压力损失等因素，以找到最佳的参数组合。

五、结果与讨论1. 结果分析通过数值模拟，我们得到了不同结构参数下旋风分离器的性能数据。

高效换热式旋风分离器的研究及数值模拟

摘要本文首次提出了一种新型结构——高效换热式旋风分离器，该设备分为上下两部分：换热和除尘。

换热部分采用翅片热管进行高效换热，而除尘部分采用轴向进气下排气的小直径旋风子并联，以达到高效大风量的除尘效果，其新颖之处在于它采用热管与旋风子配套使用，即以带有导流翅片的热管作为旋风子内筒来实现气流的旋转，以达到分离烟尘的目的。

本文采用计算流体力学软件FLUENT对其结构特征及性能进行了模拟研究。

对旋风子模拟时研究确立了一套适合旋风分离器的数值计算方法：将气相作为连续介质，采用RNG k-ε湍流模型，计算方法采用SIMPLEC 算法，动量方程对流相采用QUICK 差分格式，压力梯度项插补格式采用PRESTO 格式对流场进行数值模拟；将颗粒相作为离散体系，采用随机轨道模型，在已算出的气相流场的基础上模拟计算颗粒相。

在选择了合适的数值模拟方案后，对旋风子的流场、颗粒的运动轨迹、以及不同操作条件和结构参数下的压力损失及分离效率等参数进行了模拟。

在对热管换热器的结构及效能进行模拟时引入多孔介质模型的概念，将热管换热器视为多孔介质，流体在换热器中的流动看成是多孔介质内的流动。

通过理论分析和实例模拟验证了新型结构的合理性和可行性。

关键词：旋风子数值模拟随机轨道模型热管换热器多孔介质模型AbstractThis paper proposes a new structure for the first time - high heat transfer type cyclone separator, this equipment is divided into the high and low two parts: Heat transfer and dust removal. The heat transfer part uses the fin heat piece to carry on the highly effective heat transfer, while the dust removal part uses the axial inlet cyclone under the exhaust of the small-diameter sub-parallel to achieve the efficient amount of dust wind effect, the novel is that it uses heat pipes and the cyclone supporting the use of, that is, with the diversion fin heat pipe as a cyclone air flow within the cylinder to achieve the rotation in order to achieve the purpose of separation of dust.In this paper, computational fluid dynamics software FLUENT performance of its structural characteristics and a simulation study. Simulation study on the cyclone for the establishment of a numerical method for cyclone: the gas as a continuum, with RNG k-εturbulence model, calculated using SIMPLEC algorithm, the momentum equation QUICK difference scheme for convection phase is the pressure gradient Item interpolation using PRESTO format of numerical simulation; the particles as discrete systems, stochastic model, the gas flow field has been calculated on the basis of simulation particles. In the choice of a suitable simulation program, the pair of cyclone flow field, particle trajectory, and different operating conditions and structural parameters of the pressure loss and separating efficiency and other parameters of the simulation. In the heat pipe heat exchanger to simulate the structure and effectiveness of the porous media model is introduced when the concept of the heat pipe heat exchangers as porous media, fluid flow in heat exchangers as porous media flow.Through theoretical analysis and practical simulations of the new structure is reasonable and feasible.Key Words：cyclone, numerical simulation，stochastic model, heat pipe heat exchanger, porous medium model目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (1)1.1 旋风分离器的基本结构及工作原理 (1)1.2 旋风分离器的设计选型 (2)1.3 旋风分离器分离机理 (2)1.4 旋风分离器数值模拟研究的进展 (4)1.4.1湍流模型的进展 (5)1.4.2两相流模型进展 (5)1.5 热管的起源 (6)1.6 热管换热器工作原理 (7)1.7 热管换热器的现状与应用前景 (7)1.8 本文的研究意义和主要任务 (8)1.8.1本文的研究意义 (8)1.8.2本文的主要任务 (9)第二章旋风分离器的数值计算方法研究 (10)2.1 气相流场数值模拟计算方法研究 (10)2.1.1湍流模型 (10)2.1.2离散格式 (12)2.1.3压力插补格式 (12)2.2 颗粒相随机轨道的模型及求解 (13)2.3 气相和颗粒相的相互作用 (14)2.4 小结 (14)第三章旋风分离器气相流场的数值模拟 (16)3.1 数值计算的步骤与方法 (16)3.1.1模型假设 (16)3.1.2 旋风分离器的几何结构及尺寸 (16)3.1.3 三维实体建模 (18)3.1.4 划分网格 (18)3.1.5 导入网格 (18)3.1.6 边界条件 (18)3.1.7 设置求解控制参数 (19)3.2 流场的速度分布 (19)3.3 旋风分离器压降的研究 (23)3.4 小结 (24)第四章旋风分离器内气固两相流的数值模拟 (25)4.1 两相流模型及数值计算方法 (25)4.1.1 两相流模型 (25)4.1.2 定义两相材料 (26)4.1.3 边界与初始条件 (26)4.2 颗粒轨迹的追踪 (26)4.3 分离效率的计算方法 (30)4.4 小结 (31)第五章旋风分离器性能影响因素的模拟分析 (32)5.1 流量对旋风分离器性能的影响 (32)5.2 颗粒粒径对分离效率的影响 (34)5.3 旋流叶片数目对旋风分离器性能的影响 (36)5.4 不同排气管插入深度对旋风分离器性能的影响 (38)5.5小结 (40)第六章高效换热式旋风分离器的数值模拟研究 (42)6.1 引言 (42)6.2 新型结构的原理 (42)6.3 高效换热式旋风分离器的几何结构 (42)6.4 旋风分离器数值计算模型与方法 (43)6.5 换热器的设计与模拟 (47)6.5.1热管换热器的热力计算和结构设计 (47)6.5.2热管换热器多孔介质传热模型 (51)6.5.3 热管换热器的数值模拟 (54)6.6 小结 (57)第七章结论与展望 (59)7.1 结论 (59)7.2 展望 (61)参考文献 (62)插图清单 (65)表格清单 (67)在学研究成果 (68)致谢 (69)第一章绪论1.1旋风分离器的基本结构及工作原理旋风分离器的应用迄今为止己有100多年的历史了，它是利用离心力使固体颗粒从气相的载流介质中分离出来的一种气固分离设备。

旋风分离器内流场的数值模拟及方法分析

环境工程 2004 年 4 月第 22 卷第 2 期
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旋风水膜除尘器的捕尘性能和结构设计
陈喜山梁晓春玄克勇
( 青岛建筑工程学院 , 山东青岛 266520) 摘要关键词借助于 Leith 和 Licht 的边界层分离理论 , 对轴向出风旋风水膜除尘器的捕尘性能进行了分析 , 得出了捕尘效率旋风水膜除尘器边界层分离理论捕尘空间相似准数
文献[ 3] 给出了修正后所采用的模拟常数, 标准模型的模拟常数列于附表。
附表
模拟常数标准 k 模型 C 0. 09 0. 09
湍流模型中的常数
C1 1. 44 1. 15 C2 1. 92 1. 90 C3 0. 25
k
1. 00 0. 75
1. 33 1. 15
Chen K im 修正
3
模拟工况及计算方法为了简化便于给定边界条件和划分网格 , 作者对
法 , 离散后的代数方程组用交替方向的 TDMA 算法进行求解至收敛。
阻杆减阻机理研究 ( No. 10172055) 。
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环境工程 2004 年 4 月第 22 卷第 2 期
数值计算的边界条件为: ( 1) 入口根据流量给定旋转速度和径向速度, 轴向速度为零。 ( 2) 出口给以湍流充分发展条件压力基准。 ( 3) 轴线上旋转速度和径向速度均为零 , 其它变量为 z = 0。 ( 4) 固体壁面为无滑移条件 , 采用壁面函数行相应的修正。
求解区域进行了简化 , 简化后的计算工况见图 1。其中, H = 475 mm, H in = 90 mm, R = 2 r = 95 mm, H s 2 5r
[ 4]
H in 控制方程的求解采用交错网格下的 SIMPLE 方

压力对旋风分离器内颗粒浓度分布影响的模拟

ＤＩＴＲＩＳＢＵＴＩＮＮｏＩＣＹＣＬｏＮＥＥＰＡＲＡＴｏＲＳ
ＷＡＮ —ｕＧＵｊｎ，Ｓｏｇｎ，ＷＥＩＹａ — ｏｇＨＩＭｉｇｘａＵＮＧｕ — ａｇｏｄｎ，Ｓｎ — ｉｎ
（ａｕｔｆＣｅｃｌｇｎｅｉｇ，ｈｎｉｅｓｙｏｅｒｌｕ，Ｂｉｉｇ１２４，ｈｎ）ＦｃｌｏｈｍｉａｙＥｎｉｅｒｎＣｉａＵｎｖｒｉｆＰｔｏｅｍｔｅｎ０２９Ｃｉａｊ
２００８年１２月
石油学报（油加工）石ＡＴＥＲＬＩＩＩＡ（ＥＲＬＵＭＰＯＥＳＮＥＴＯ）ＣＡＰＴＯＥＮＣＰＴＯＥＲＣＳＩＧＳＣＩＮＳ
第２４卷第６期
文章编号：１０ — ７９２０）６０８ — ８０１８１（０８０ — ６９０
ｓｏｄｔａｎｅｅｔｉｎｅｏｉｏｃｎｒｔｎ，ｗｈｎｔｅｐｅｓｒｃｅｓｄ＜３０ＭＰ）ｈｈｗｅｈｔｕｄｒａｃｒａｎｉｌｔｓｌｃｎｅｔａｉｄｏｅｈｒｓｕｅｉｒａｅ（ｎ．ａ，ｔｅ
Ａｂｔａｔｎｏｒｅｏｉｅｔｇａｅｔｆｅｔｆｐｒｓｕｅｏｈｅｓｌｄｏｎｅｒｔｏｉｔｉｔｏｎａｓｒｃ：Ｉｄｒｔｎｖｓｉｔｈｅｅｆｃｓｏｅｓｒｎｔｏｉｓｃｃｎｔａｉｎｄｓｒｂｕｉｎｉｃｃｏｅａａｏｒｈｅｇａ — ｏｉｗｏｐｈｓｌｗｉｌｔｎａｐｒｓｕｅｒｎｇ．１— ６５ＭＰａｈａｙｌｎｅｓｐｒｔ，ｔｓｓｌｄｔ — ａｅｆｏｆｅｄｗｉｈｉｅｓｒａｅｏｆ０．ｓ

Lapple型通用旋风分离器流动特性的数值模拟研究

第三届工程计算流体力学会议文集Lapp I e型通用旋风分离器流动特性的数值模拟研究王帅，高继慧(哈尔滨工业大学，哈尔滨150001)摘要：采用雷诺应力模型和欧拉模型相结合的手段，对一个Lapple型旋风分离器的流场特性进行了数值模拟研究。

研究表明，旋风分离器内部气相速度分布呈双层结构；气相的轴向速度在内外层分布不同，外侧涡旋整体运动方向向下，内侧涡旋整体运动方向向上，但是在分离器圆锥段顶部区域有可能存在下降流。

外侧涡旋整体向下运动的同时，气体在壁面处的切向速度不断提高，这是锥体段对旋风分离器流场的主要影响。

径向速度在分离器内部的分布具有不对称性。

欧拉模型可以考虑可颗粒与颗粒之间的相互作用，在考虑颗粒对气体的影响时较离散相模型更准确，其缺点是较难收敛。

欧拉模型的模拟结果表明，颗粒相在旋转向下的运动过程中逐渐向壁面附近移动，验证了颗粒相在分离器内的运动规律。

关键词：旋风分离器；数值模拟；雷诺应力模型；欧拉模型N u m erical Study of Flow Characteristic i n a Lapple Cyclone SeparatorShuai Wang，Jihui GaoA bs trac t：A n inv estigation has been carried out to study the flow characteristic i n a Lapple cyclone separator base don the RS M and E Illeri an M ulti phas e Model．It s howed tllat the distribution of the air tan ge nti al v elocity is c ompos ed of inn e r and e xt∞lal v ortex；the air ax ial vel o cit y is diff erent between the inner and ou t er layer：the inner vorte x m ov es d o w n wards。

旋风分离器内部流场及分离效率的数值仿真_李仁年

Abstract :In order to st udy t he conditio n of mo tion of t he gas and liquid inside t he g as cy clo ne and the
mechanism o f separatio n , t hree-dimensi onal numeric simulati on of internal f low field of g aseous phase and the m oti on co ndi tion o f par ticles in it w as conducted by using the sof tw are F L UENT . RNG k-εmode w as used to sim ulat e t urbulent f low o f the g aseous phase and t he Lag range equatio n w as used t o sim ulated the part icles’ mo tion. T he result s sho wed that the f low field in gas cyclone could be divided into tw o part s :the i nner one and oute r one , and there w as great diff erence betw een the tw o part s w it h respect to the dist ribution of pressure and velocity of gas ;t he parti cles’ m ot ion w as co mplicated and random and thei r separation ef ficiency w as dependent on t he ent eri ng po sit ion at t he i nt ake.

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。