旋风分离器气固两相流数值模拟
旋风除尘器气固两相模拟教程
discussion of the near wall treatment and simply standard wall approach is utilized.However main purpose of this tutorial is to show how to relatively easy create structured mesh for the geometry which automatic mesh generator are not able to handle such meshes.One can try to build geometry with different heater alignments and observe how that influence,theflow,pressure drop,and temperature profile at the outlet of the heater.0.2Cyclone.In many industrial processes emerge a need of cleaning gases from dispersed inert particles suspended within gas(eg.removal offlying ash fromflue gases in industrial coalfired boilers).Easiest and most commonly used method of separation takes advantage of gravitation forces.Device which work on this basis is a cyclone.With this tutorial we build simple cyclone geometry,mesh it, and run Fluent simulations.Instead offlue gases we will use air stream polluted with ash.Data for boundary conditions are given in Table2.airflow0.27m3n/sairflow temperature500Cash massflux0.001kg/smin.particle diameter1µmmax.particle diameter300µmmean particle diameter150µmspread parameter 2.8ash density2100kg/m3Table2:Cyclone running parameterFigure9shows cyclone dimensions.Geometry of the cyclone is build in Gambit using volume primitives.Figure10shows all volumes used to build the cyclone which are connected using boolean operations.0.2.1Building geometryProcedure of building the cyclone geometry is very simple.First we create and move in the right position volume primitives presented in Figure10.Next boolean summation and subtraction is used to unite all primitives in order to create one volume representing a cyclone.See below listing of the geometry cre-ation procedure.Listing shows order of operations to be carried out in Gambit. Geometry→Volume→Create Volume→CylinderEnter Height=0.5,Radius1=0.3,Radius2=0.3press Apply11Figure9:Cyclone dimensions. Geometry→Volume→Create Volume→FrustumEnter Height=1.0,Radius1=0.3,Radius2=0.3,Radius3=0.1 press ApplyGeometry→Volume→Move/Copy/AlignSelect with the mouse created frustum:Pick Volume2Check Move,TranslateEnter X=0,Y=0,Z=0.5press ApplyGeometry→Volume→Create Volume→CylinderEnter Height=0.05,Radius1=0.1,Radius2=0.112Figure10:Volume primitives for Cyclone.press ApplyGeometry→Volume→Move/Copy/AlignSelect with the mouse created cylinder:Pick Volume3 Check Move,TranslateEnter X=0,Y=0,Z=1.5press ApplyGeometry→Volume→Create Volume→CylinderEnter Height=0.15,Radius1=0.2,Radius2=0.2press ApplyGeometry→Volume→Move/Copy/AlignSelect with the mouse created cylinder:Pick Volume413Check Move,TranslateEnter X=0,Y=0,Z=1.55press ApplyGeometry→Volume→Create Volume→CylinderEnter:Height=0.8,Radius1=0.1,Radius2=0.1press ApplyGeometry→Volume→Move/Copy/AlignSelect with the mouse created cylinder:Pick Volume5Check Move,TranslateEnter X=0,Y=0,Z=-0.2press ApplyGeometry→Volume→Create Volume→BrickEnter Width=0.2,Depth=0.7,Height=0.2press ApplyGeometry→Volume→Move/Copy/AlignSelect with the mouse created cylinder:Pick Volume6Check Move,TranslateEnter X=0.2,Y=0.35,Z=0.1press ApplyGeometry→Volume→Boolean Operations→UniteSelect with the mouse all the volumes except last created(Volume6):Pick Vol-ume1,Volume2,Volume3,Volume4,Volume5press ApplyGeometry→Volume→Boolean Operations→SubtractSelect with the mouse the volumes which is result of last operation:Volume Volume1Select with the mouse remaining volume:Subtract Volume Volume5Check Retain under Subtract Volumepress ApplyGeometry→Face→Connect/Disconnect Faces→ConnectSelect with the mouse faces aligned between volumes,only this which are at the cover of small cylinder,seefigure11.This operation is needed to force continuum between volumes.It results in deleting one of the face which are aligned at the same position.After operation two volumes are linked by one face forcing later the same mesh to be generated for both volumes at that face. Not connected faces will be by default treated as wall.In our case,side cylinder face of the Volume5will be a wall.press Apply after making selection14Figure11:Faces to be selected for Face Connect oparation.0.2.2Setting boundary condition typesIn order to indicate inlet and outlet of the cyclone we need to specify boundary condition types in Gambit.Additionally ash hopper has to be marked as sepa-rate wall,this is required for dispersed phase modelling.See listing of boundary types setting below.Zones→Specify Boundary TypesCheck(Add)Enter,Name:inSelect Type VELOCITY INLETPick Entity:Faces,face representing inlet to the cyclone,see Figure12press ApplyZones→Specify Boundary TypesCheck(Add)Enter,Name:outSelect Type OUTFLOWPick Entity:Faces,face representing outlet from the cyclone,see Figure12 press Apply15Zones →Specify Boundary Types Check (Add )Enter,Name:ash Select Type WALLPick Entity :Faces ,faces creating ash hopper,see Figure 12pressApplyFigure 12:Boundary condition types.0.2.3Meshing geometryGeneration of appropriate mesh for cyclone geometry is not a trivial task.The flow inside a cyclone is fully 3dimensional and complex.Proper simulation of such flow require careful treatment of the mesh.Since this exercise is only to show possibilities of Fluent and we rather would like to show general procedure of simulating cyclone operation automatic mesh generator will be used.It is advised never to use shown here mesh for simulations of real object.See below16procedure for meshing cyclone geometry.Mesh→FacePick Faces,select all the facesSelect Elements:TriSelect Type:PaveCheck Spacing:ApplyEnter Interval size0.05Press ApplyMesh→VolumePick Volumes,select all the volumesSelect Elements:Tet/HybridSelect Type:TgridUncheck Spacing:ApplyPress ApplyFinal mesh should contain around20000cells.The last task to perform in Gambit is to export generated mesh to thefile.File→Export→MeshPress Browse to select destination folder.Enter name of thefile,extension will be given by default.Press Accept0.2.4Setting Fluent parametersHerewith procedure of setting up cyclone simulations in Fluent.Read meshfile(meshfiles have extension˙msh)created in previous section. File→Read→Case...Define solver settings as default.Define→Models→Solver...Set turbulence modellDefine→Models→Viscous...Select k− RNG turbulence model with option Swirl Dominated FlowIn the Discrete Phase Model panel change Maximum Number of Steps to10000 Set InjectionsSelect Injection Type→surfaceSelect Release From Surfaces→in(in is an inlet face)Select Material→ashSelect Diameter Distribution→rosin-rammler-logarithmicSelect tab Point PropertiesEnter Total Flow Rate(kg/s)equal to0.001Enter Min.Diameter(m)equal to1e-6Enter Max.Diameter(m)equal to300e-617Enter Mean Diameter(m)equal to150e-6Enter Spread Parameter equal to2.8Enter Number of Diameters equal to15Select tab Turbulent DispersionFrom Stochastic Tracking select Discrete Random Walk ModelEnter Number of Tries equal to5Accept settings pressing OKDefine material properties Define→Materials...Change density for airEnter Density(kg/m3)equal to1.094Confirm changes pressing Change CreateChange density for inert-particle ashEnter Density(kg/m3)equal to2100Confirm changes pressing Change CreateDefine operating condition Define→Operating Conditions...Select GravityEnter gravitation acceleration Z(m/s2)equal to9.81Accept settings pressing OKDefine boundary condition Define→Boundary Conditions...Select Zone→in,press SetEnter Velocity Magnitude(m/s)equal to7.98Select Turbulence Specification Method→Intensity and Hydraulic Diameter Enter Hydraulic Diameter(m)equal to0.2Accept settings pressing OKSelect Zone→ash,press SetSelect tab DPMUnder Discrete Phase Model Condition select Boundary Cond.Type→trap Accept settings pressing OKSelect Zone→wall,press SetSelect tab DPMUnder Discrete Phase Reflection Condition select Normal→constantEnter value equal to0.8Under Discrete Phase Reflection Condition select Tangent→constantEnter value equal to0.8Accept settings pressing OKClose Boundary Condition panelset up solver parameters Solve→Controls→Solution...From Discretization select Momentum→Second Order UpwindFrom Discretization select Turbulent Kinetic Energy→Second Order Upwind From Discretization select Turbulent Dissipation Rate→Second Order Upwind Accept settings pressing OKInitialize solution Solve→Initialize→Initialize...Press Init and close Solution Initialization panelSet solution monitoring option Solve→Monitors→Residual...Under Option select PlotFor Residual→continuity→Convergence Criterion enter value equal to10e-918Accept settings pressing OKsave Fluent settings parameter in casefile(casefiles have extension.cas)File →Write→Case...,enterfile name and accept settings pressing OK0.2.5Performing calculationsHerewith we assume that Fluent is open and casefile with cyclone is read. Type in Fluent command window it100,(this command executes100iterations) Observe in Fluent result window residuals of the solved equationsCreating planes for extracting calculated variablesRunning simulations on3D domain we do not have direct access to solved vari-able inside the ing Fluent post processing tools we can display only variables on the external boundary of the domain.In order to access variable inside the domain internal lines or planes needs to be created.The best of the flow visualization is to look at variables(velocity,pressurefield)on the plane inside the domain.Planes can be placed at arbitral position selected by the user.From the number of methods of defining planes position available in Flu-ent we suggest to use3points method described below.Just in case we do not remember size of the domain geometry and its placement in the cartesian system we can display cartesian coordinates on the external boundaries of the domain geometry(see listing below).Select Display→Contours...From Option select FilledFrom Contours of select Grid→X-coordinateFrom Surfaces select wallPress DisplayObserve in Fluent result window boundary of the domain colored by X cartesian coordinateRepeat operation for Contours of→Y-coordinate and Z-coordinateThe cyclone axis is aligned with Z axis and crossing X=0and Y=0cartesian coordinates.Now we create plane crossing cyclone for Y=0.Select Surface→Plane...From Points enter,x0(m)=1,x1(m)=0,x2(m)=0y0(m)=0,y1(m)=0,y2(m)=0z0(m)=0,z1(m)=0,z2(m)=1(exact coordinates are not important,points can not be aligned,and in our case all y variables must be equal to0)19For New Surface Name enter desired name of the surface and press Create Close Plane Surface panel pressing CloseYou can repeat procedure above to create more planes in the arbitral positions inside analyzed domain.You can see created planes by displaying them in the Fluent result window.Select Display→Grid...Select All from Edge TypeFrom Surface select name of the creates palnePress DisplayDisplaying Fluent variables on created planesFluent provide extremely powerful post processing tool.It allows to display on the screen all calculated variables and number of predefined derivatives of these variables.Here we show general procedure of displaying variables on created planes.Select Display→Contours...From Option select FilledFrom Contours of,select Pressure...→Static PressureFrom Surfaces select plane created in previous stepPress DisplayObserve in Fluent result window plane colored by static pressurefield,one can see that the boundary of the domain are not visible,From Option select Draw Grid panel Grid Display pop upsFrom Edge Type select Feature,and from Surfaces select domain boundary you want to displayPress Display,now,when displaying contours of variables simultaneously domain boundary wireframe will be displayedFrom Contours of,select Velocity...→Velocity MagnitudePress DisplayObserve in Fluent result window plane colored by velocity magnitudefield,and the boundary of the domainSimulating ashflying inside a cyclone-particle trackingIn most of the cases mass load of the inert particles is small comparing to trans-port gas.If heat transfer between phases in not involved particle can be,without considerable error,traced within a gas phase in the frame of postprocessing.It means thatfirst we simulatefluidflow of a gas phase.When convergence for continues phase is reached inert particle representing ash are traced employing20Lagrangian model.See below for executing tracing procedure.Select Display→Particle Tracks...From Option activate Draw Grid in order to see boundary of the domain(see section above for explanation)From Release from Injections select injection-0,(name can be different)Select Track Single Particle Stream,(number of particle traced usually exceed thousands and tracking procedure in lengthly even on fast computers,in orderto make this faster and be able to see particle paths on the screen we select this option→particle will be send only from one face at the inlet)Press Display,(Fluent starts tracing procedure,afterfinishing displays particle paths in results window.In the main Fluent window report of the tracing procedure is printed.Report shows how many particles have been traced,trapped,escaped,aborted and in-complete,evaporated for inert particle is meaningless.Trapped are particle col-lected in the ash hopper.Escaped are these which left the cyclone through the outlet.Aborted are not traced by the solver due to numerical error.Incomplete are these for which Max.Number of Steps was not enough to complete tracing. See section0.2.4for changing Max.Number of Steps for particle tracking.) Useful option in particle tracking procedure is summary report.It can helpin assessing efficiency of cyclone which is calculated as ratio of the ash massflux collected inside ash hopper to the ash massflux entering a cyclone.It also informs of the massflux of incomplete traces.The regular report provide only the number of trapped,escaped and incomplete streams which is meaningless in assessing cyclone operation.See procedure below for activating summary report. Within Particle Trucks panel,select Summary from Report TypeDeselect Track Single Particle StreamPress Track,(particle steams will not be displayed in results window)See below example of summary report:number tracked=3300,escaped=419,aborted=0,trapped=2362,evaporated=0,incomplete=519Fate Number Elapsed Time(s)Injection,IndexMin Max Avg Std Dev Min Max ------------------------------------------------------------------------------------------Incomplete519 5.646e-001 4.080e+000 1.130e+000 3.826e-001injection-00injection-0515 Trapped-Zone423627.418e-001 3.770e+000 1.509e+000 3.425e-001injection-0424injection-0203 Escaped-Zone5419 3.792e-001 3.530e+000 1.003e+000 5.647e-001injection-048injection-0275 (*)-Mass Transfer Summary-(*)Fate Mass Flow(kg/s)Initial Final Change----------------------------------Incomplete 2.897e-008 2.897e-0080.000e+000Trapped-Zone49.996e-0049.996e-0040.000e+000Escaped-Zone5 3.562e-007 3.562e-0070.000e+000The most interesting is Mass Transfer Summary which shows massfluxes of Incomplete,Trapped and Escaped particle streams.General report shows only number of incomplete,trapped and escaped particle stream.Sometimes even21large number of escaped particle streams not impose low cyclone efficiency, because these streams could be low diameter particle streams.Hence in order to asses cyclone efficiency massfluxes of trapped and escaped particle streams needs to be compared.Escaped particle stream number indicate how many trace of the particle streams has not been completed.There are neither trapped nor escaped and traced has beenfinished inside domain.If number and massflux of incomplete stream is large we need to increase Max.Number of Steps under Discrete Phase Model panel opened from Define menu.22。
旋风预热器气固两相流场的数值模拟
２ 旋 风 筒 内部 流 场 和 颗 粒 运 动 轨 迹 的模 拟
２１ 内部流 场 的模拟 ．
径也不断增大 ． 提高 其 分 离 效 率 和 减 小 预 分 解 系统
的 阻力 ， 亟 待 解 决 的 问 题 。本 文 应 用 计 算 机 技 术 是 和 多相 流 理论 ． 用Ｆｕ ｎ软 件 ． Ｒ Ｇ ｋ ｅ 流 模 使 ｌｅ ｔ 用 Ｎ － 湍 型 和 离 散 相 模 型 ．Ｘ ２５ ０／ 五 级 旋 风 预 热 器 的单 ｇ ０ ｔ ｄ
象 的 固相 颗 粒 密 度 取 为
Ｐ。 ２ ５ ０ｋ ／ 。 ＝ ０ ｇ ｍ
１３ 计 算 区域 、 网格 的 ．
生 成
图１ 旋 风 筒 的计 算 几 何 模 型
瓣 蛾 （＋ 鼍 ）
能耗 散方 程 的求 解 而获得 ， 为Ｋ ｏ ｅ ｅ值 。 ｒｎ ｋｒ
（ ２ ）
在 湍 流 流场 中 ， 一点 的速 度 可 以表 达 成平 均 任
速度 与 脉 动速度Ｕ 之 和 ：
Ｍ ｔ Ｍｔ ＝ ＋Ｍｔ
体 进 行 了气一固两 相 流 数值 模 拟研 究 ．并 分 析 了流 场 内气一固两 相 流 动 的 特 点 和 影 响旋 风 筒 分 离 效 率 的 因素
模 型 、Ｓ Ｒ Ｍ模 型 、 Ｎ － 模 型等 。 文对 旋风 筒 内部 Ｒ Ｇｋ ｅ 本 流 场 的研 究 ， 用 了Ｒ Ｇ ｋ ｅ 型 。在 Ｒ Ｇ ｋ ８ 型 采 Ｎ － 模 Ｎ 一 模
中， 雷诺 应 力与 平均 应力之 间 的关 系式 为 ：
Ｐ ・［ ａ ｓ１ 为计 算 模 拟对 ２ 。作
２２ 颗粒 运动轨 迹 的模拟 ．
（ ） 粒 运 动 到 壁 面 时 ， 要 确 定 颗 粒 与 壁 面 ２颗 需
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。
旋风分离器气固流动特性数值模拟研究
旋风分离器气固流动特性数值模拟研究
钱玉宝;郭旭涛;邱腾煌
【期刊名称】《轻金属》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】为探究旋风分离器流场特性与分离特征,在气固两相流理论基础上,建立旋风分离器结构模型,通过CFD数值模拟软件对分离器的流场进行仿真计算,研究了气相速度场和压力场分布情况,考察各项参数对分离性能的影响。
进行方案优选,在圆柱段长度430 mm、下锥段长度790 mm、溢流管插入深度140 mm、溢流口直径80 mm时分离器分离效率达到最优值。
通过线性回归与多元逐步回归法推导得出分离效率与参数间的关系表达式,对分离器结构改进具有重要的参考价值。
【总页数】8页(P18-24)
【作者】钱玉宝;郭旭涛;邱腾煌
【作者单位】长江大学机械工程学院;湖北省油气钻完井工具工程技术研究中心;中石化石油机械股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TF821
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螺旋式旋风分离器气_固两相流的数值模拟
27
用, 实验数据不易测量等因素 , 所以关于旋风分离 器的研究至今大多采用经验、 半经验方法. 本文旨在 借助 CFD 商业软件中的 F LU ENT 软件包, 对螺旋 式旋风分离器内部流场进行分析研究, 充分认识其 内部气、 固两相的分布特点, 为以后相关方面的科学 研究提供一定的理论借鉴 .
0
引言
螺旋式旋风分离器是一种已被实验证实高效、 实用、 新颖的除尘设备 , 与传统旋风分离器相比具有 体积小、 高度低、 收尘效率高、 气流阻力低和分离能 力大等优点[ 1] . 因其对颗粒物的分离、 捕集过程是一 复杂的三维、 二相湍流运动 , 并涉及到气- 固相互作
应用 [ J] . 自动化仪表 , 2004, 25( 5) : 13- 17. [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] [ 6] 李发海 , 王 岩 . 电机与拖动基础 [ M ] . 北京 : 清华大 学 出版社 , 2005. 苏绍禹 . 风力发 电机设 计与运 行维 护 [ M ] . 北京 : 中 国 电力出版社 , 2002. 张国良 , 曾 静 , 柯 熙政 , 邓方 林 . 模糊 控制 及其 M at lab 应用 [ M ] . 西安 : 西安交通大学出版社 , 2002. 叶杭冶 . 风力发 电机组 的控制 技术 [ M ] . 北 京 : 机械 工 业出版社 , 2002. 姚 骏, 廖 勇 . 基 于全模糊控制器的交流励磁发电 机 励磁控制 系 统研 究 [ J] . 中 国 电 机工 程 学报 , 2007, 27 ( 33) : 36- 41. [ 7] 郭洪澈 , 郭庆鼎 . 模 糊控制在大型风力发电机并网控 制 中的应用 [ J] . 节能 , 2002, 12: 41- 43. 作者简介 : 高文元 ( 1949 - ) , 男 , 江苏无 锡人 , 高 级工程 师 ,
旋风分离器数值模拟
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。
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4 后处理
1μm颗粒的跟 随性比较好，可以 根据颗粒轨迹来分 析流场。
1μm颗粒轨迹
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4 后处理
创建x=0面，显示压力云图。
从其压力云图中可以看出， 两侧压力较高，中间排出管压力 较小，有明显的压力突变；而两 侧延高度方向压降较小；与实验 测量一致。
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4 后处理
创建x=0面，显示其速度矢量。
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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？
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。
旋风分离器两相流动数值模拟研究进展
旋风分离器在工业上的应用已有百年多的历史。
它是利用气固两相流的旋转，将固体颗粒从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置[1]。
与其它气固分离设备相比，具有结构简单、设备紧凑、性能稳定和分离效率高等特点。
广泛应用于石油、化工、冶金、建筑、矿山、机械和环保等工业部门。
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，随着计算机硬件及CFD(计算流体动力学)技术的不断进步[2,3]，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。
1旋风分离器的结构和工作原理一般来说，旋风分离器由进气管、柱段、锥段、排气管和集灰斗等部分组成（图1）。
含尘气流以12m/s ～25m/s 的速度从进气口进入旋风分离器，气流由直线运动变为圆周运动，产生高速旋转的涡旋运动。
旋转气流中的固体颗粒由于离心加速度的作用，向器壁运动，接触器壁后失去惯性力而靠入口速度的动力和向下的重力沿器壁螺旋形向下，经锥段排入灰斗中。
向下旋转的净化气体到达锥段下部某一位置时，由于负压作用，便以相同的旋转方向在分离器内部由下而上螺旋运动，经排气管排出旋风分离器外。
2旋风分离器流场数值模拟研究进展虽然旋风分离器结构简单，但是其内部的三维旋转湍流流场却相当复杂。
工程应用对该流场的数值模拟，基本上是基于求解Reynolds 时均方程及关联量输运方程的湍流模拟方法。
描述湍流运动的数学基础仍然是连续性方程和瞬时N -S 方程。
连续性方程：N -S 方程：收稿日期：2012-04-11；作者简介：韩婕（1984-），女，电邮hanjie854@ 。
旋风分离器两相流动数值模拟研究进展韩婕，刘阿龙，彭东辉，吴文华（上海化工研究院化学工程及装备研究所，上海200062）摘要：介绍了旋风分离器的结构与工作原理，综述了国内外旋风分离器两相流场的数值模拟研究进展，对研究过程所用的研究方法进行了描述，分析比较了研究成果。
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。
旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析
硕士学位论文旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析NUMERICAL SIMULATION AND PERFORMANCE ANALYSIS OF GAS-SOLID TWO PHASE FLOW IN CYCLONE SEPARATOR汪 林哈尔滨工业大学2007年7月国内图书分类号：TU834.6国际图书分类号：626工学硕士学位论文旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析硕士研究生：汪林导师：朱蒙生 副教授申请学位：工学硕士学科、专业：水力学及河流动力学所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TU834.6U.D.C: 626Dissertation for the Master Degree in EngineeringNUMERICAL SIMULATION AND PERFORMANCE ANALYSIS OF GAS-SOLID TWO PHASE FLOW INCYCLONE SEPARATORCandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for: Speciality:Affiliation:Date of Defence:Degree-Conferring-Institution:Wang LinAssociate Prof. Zhu Mengsheng Master of Engineering Hydraulics and River Dynamics School of Municipal & Environmental Engineering July, 2007Harbin Institute of Technology摘要摘要近年来，随着人们环境保护意识的加强，以旋风分离器为代表的各类除尘设备已经成为防治大气污染的主力军，在消除大气污染、保障人类健康及生态环境方面发挥着重要作用。
旋风分离器的气固两相特性研究与数值模拟
旋风分离器的气固两相特性研究与数值模拟摘要旋风分离器是一种利用气固两相流体的旋转运动使固体颗粒在离心力的作用下从气流中分离出来的设备。
它具有结构简单，维护方便，耐高温、高压，造价低等优点，在环保、粉体、石油、化工、冶金、材料等许多领域有着广泛的应用，使得旋风分离器的研究越来越受到重视。
旋风分离器的应用已经有很长一段历史了，由于旋风分离器中的含尘气流属于三维强旋转湍流，伴随着两相分离运动，而且涉及到气固两相相互作用以及凝聚、吸附和静电等许多复杂物理现象，使得理论研究遇到很大困难，理论进展缓慢。
传统的设计是依据己知的操作条件和所需的性能指标，凭借经验先选定旋风分离器的结构形式及尺寸，然后通过半经验公式计算出旋风分离器的效率及压降，再根据计算结果修改尺寸。
设计过程具有很大的盲目性。
本文利用计算流体力学商业软件FLUENT对旋风分离器进行了数值模拟。
在选择了合适的数值模拟方案后，模拟研究了多种情况下的气相速度场、压力场、颗粒运动轨迹、颗粒分级效率、旋风分离器总分离效率等参数。
通过本文大量的数值模拟研究，主要得到了以下这些结论：1) 通过研究确立了一套最适合旋风分离器内部气相流场的数值计算方法：湍流模型采用雷诺应力模型；差分格式采用QUICK格式；压力梯度项插补格式采用PRESTO格式；计算方法采用SIMPLEC算法。
2) 旋风分离器内的气相主流是双层旋转流，外部是回转向下的外旋转流，而中心是向上旋转的内旋流，且两者的旋转方向相同。
切向速度分布呈现了组合涡的特点，中心区域为强制涡，外部区域为准自由涡。
3) 旋风分离器中旋涡具有不稳定性，它会引起涡核尾部或端部附着在旋风分离器下部壁面并旋转摆动，使得返混现象变严重，同时还会引起结垢现象。
4) 旋风分离器内静压在径向上随着径向尺寸的减小而降低；动压在强制涡和准自由涡的分界面CS处最大。
分离器总压降包括静压降和动压降两部分。
5) 旋风分离器中的颗粒运动很复杂，总的来说，从入口外侧和下方入射的颗粒分别较从内侧和上方入射的颗粒更容易分离。
旋风分离器的气相流场的性能分析及数值模拟
旋风分离器的气相流场的性能分析及数值模拟苏伟;武晶晶;于建奇;雷天升【摘要】This paper uses CFD professional software FLUENT to simulate and calculate the separation efficiency of cyclone separator.In the gas phase flow field simulation,the speed cloud chart is observed.The gas core column obviously exists in the cyclone separator area center and the tangential and axial velocities have good symmetry;Through changing the control parameters of its separation efficiency,it comes to the conclusion that when the inlet gas flow rate is improved and the grain phase concentration is increased,it helps the cyclone separator to improve its separation performance,especially,larger particle size.%采用CFD的专业软件FLUENT对旋风分离器的分离效率进行仿真计算.通过对旋风分离器内气相流场的模拟,观察其速度云图得出,在旋风分离器中心区域有一明显的气芯柱,且切向速度和轴向速度都具有较好的轴对称性;通过改变控制参数研究旋风分离器的分离效率,得出的结论是:当增大入口气体流量、提高颗粒相浓度将有利于提高旋风分离器的分离性能,粒径较大的颗粒分离效果较好.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2017(046)003【总页数】3页(P161-163)【关键词】旋风分离器;数值模拟;气相流场;分离效率【作者】苏伟;武晶晶;于建奇;雷天升【作者单位】山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253000;山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253000;山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253000;山东华鲁恒升化工股份有限公司,山东德州253000【正文语种】中文【中图分类】TP391.9对切入式旋风分离器进行网格划分，首先对环面进行面网格的生成，将入口段和出口段分别进行体网格的生成，大圆柱体和圆锥段并为一部分，采用体网格进行网格生成，最后定义interface 面。
循环流化床锅炉炉膛内气固两相流的数值模拟
循环流化床锅炉炉膛内气固两相流的数值模拟第 41卷第 3期 2020 年 5月锅炉技术BOIL ER TECHNOLO GYVol. 41, No. 3May. ,2020收稿日期 :2020 205221简介 :王建军 (19712 , 男 , 博士 , 副教授 , 主要从事流态化、多相流分离的研究。
文章编号 : CN3121508(2020 0520021206循环流化床锅炉炉膛内气固两相流的数值模拟王建军 1, 李东芳 2, 姬广勤 1, 金有海 1(1. 中国石油大学 (华东机电工程学院 , 山东东营 257061; 2. 海洋石油工程股份 ,河北塘沽 300451关键词 :循环流化床锅炉 ; 双流体模型 ; 气固两相流 ; 数值模拟摘要 :利用 CFD 软件 Fluent , ( 流的宏观流动特性进行了数值模拟。
准确性。
通过定性与定量分析 , , 核” 流动结构及颗粒轴向速度中心处向上 , , 沿轴向炉膛中下部区域及沿同时 , 操作条件对颗粒轴向速度的影响都表现为中心区域颗粒向边壁处的气固两相流动规律还有待于进一步研究。
中图分类号 : T K 227. 1文献标识码 : A0前言目前 , 对于循环流化床内的气固两相流主要集中在对循环流化床反应器[1-2]及鼓泡床 [3-4]的研究。
循环流化床锅炉炉膛内和循环流化床反应器内的气固两相流动特性有一定的差别 , 不仅体现在燃烧室的高径比 , 循环系统中采用的颗粒循环流率 , 床料的特性 , 而且循环流化床锅炉有二次风的加入 , 对循环流化床锅炉内气固两相流的研究并不多 [5-6]。
本文以欧拉双流体模型和颗粒动力学理论为基础采用 CFD 软件 Fluent 研究对循环流化床锅炉炉膛内气固两相流动特性的影响进行数值模拟。
1计算模型及数值方法1. 1几何模型及计算条件图 1为整个循环流化床锅炉循环系统几何模型及网格模型 , 模型按照工业装置 12∶ 1缩小得到。
气固两相流动与数值模拟
气固两相流动与数值模拟气固两相流动是指气体和固体颗粒同时存在并相互作用的流动形式。
在很多工程和科学领域中都有气固两相流动的研究和应用，比如颗粒物输运、床层反应器、气固分离器等。
数值模拟是研究气固两相流动的重要手段之一，它可以通过计算机模拟来预测和优化工程系统中气固两相流动的性能。
在气固两相流动数值模拟中，常用的方法包括欧拉-拉格朗日法和欧拉-欧拉法。
欧拉-拉格朗日法中，气相按照流体力学的方程进行模拟，固相颗粒则通过离散粒子轨迹模拟，两相之间通过相互作用力进行耦合。
欧拉-欧拉法中，气相和固相都按照流体力学的方程进行模拟，通过相互边界条件进行耦合。
这两种方法各有优缺点，选择合适的方法需要根据具体流动情况和研究目的来决定。
数值模拟气固两相流动的关键是建立准确的数学模型和有效的数值方法。
在模型方面，需要考虑气相流动的速度场和压力场，固相颗粒的运动和相互作用力，以及两相之间的耦合关系。
这些模型可以基于流体力学的基本方程，如质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程，通过适当的假设和边界条件进行推导。
在数值方法方面，常见的有有限体积法、有限元法、拉格朗日法等。
数值方法的选择取决于流动问题的复杂性和计算资源的可用性。
除了数学模型和数值方法，还需要关注数值模拟的边界条件和初始条件的设定。
边界条件是模拟区域中气固两相流动与外界的相互影响。
常见的边界条件有入口条件、出口条件和壁面条件，可以通过实验数据或经验公式来确定。
初始条件是模拟开始时的物理状态，通常需要提供气相和固相的初始速度和初始浓度分布。
在数值模拟气固两相流动时，还需要考虑模型验证和结果分析的问题。
模型验证是通过与实验数据进行对比，验证数值模拟的准确性和可靠性。
结果分析包括对模拟结果进行可视化和定量分析，以获得对气固两相流动机理的深入理解，并为工程应用提供参考依据。
综上所述，气固两相流动与数值模拟是一个复杂的研究领域，需要结合数学模型、数值方法和实验数据进行研究。
气固两相流动的数值模拟与建模
气固两相流动的数值模拟与建模气固两相流动是指在管道或设备中，同时存在气体和固体颗粒的流动现象。
这种流动在许多行业中都很常见，例如化工、能源、环境保护等领域。
通过数值模拟与建模，可以更好地理解和预测气固两相流动的特性，提高流动过程的效率和安全性。
在进行气固两相流动的数值模拟时，首先需要进行流体性质的建模。
气固两相流动中，气体和固体颗粒的物理性质和运动行为是不同的，因此需要对两相流动中的气相和固相进行单独建模。
对于气相，常用的模型有Navier-Stokes 方程和连续介质假设，通过这些模型可以描述气体在流动中的速度、压力和密度等特性。
对于固相颗粒，通常采用离散相模型，这个模型假设颗粒之间互相不作用，并体现出颗粒的运动和排列状态。
通过对气相和固相的建模，可以建立气固两相流动的数值模型。
数值模拟中最常用的方法之一是计算流体力学（CFD）方法。
CFD是通过离散化的数学方程和计算方法，对流场进行求解的一种方法。
在气固两相流动的数值模拟中，CFD方法可以用来解决气体和颗粒的速度、压力、浓度和能量等方程。
通过CFD方法，可以得到气固两相流动的速度和压力分布、颗粒浓度分布等参数，从而有效地描述了流动的特性。
除了CFD方法外，还可以采用粒子流体动力学（SPH）方法进行气固两相流动的数值模拟。
SPH方法是一种基于颗粒的数值计算方法，通过模拟颗粒的运动和相互作用，得到流场的分布和特性。
在气固两相流动中，SPH方法可以考虑颗粒之间的碰撞、沉积和湍流扩散等现象，从而更加准确地描述气固两相流动的特性。
数值模拟与建模的目的是为了更好地理解和预测气固两相流动的行为，以便优化流动过程的设计和操作。
通过数值模拟，可以得到气固两相流动中关键参数的分布规律，进而优化设备的结构和工艺参数。
例如，在化工领域中，通过数值模拟可以优化固体颗粒的输送设备，减小颗粒的堵塞和磨损程度，提高流动过程的效率和稳定性。
在能源领域中，数值模拟能够预测煤粉燃烧过程中的颗粒分布和燃烧效率，从而优化燃烧设备的设计和操作。
基于Fluent的旋风分离器气固两相流数值模拟
基于Fluent的旋风分离器气固两相流数值模拟郝睿源【期刊名称】《《新技术新工艺》》【年(卷),期】2019(000)010【总页数】5页(P35-39)【关键词】旋风分离器; 气固两相流; 数值模拟【作者】郝睿源【作者单位】西南石油大学机电工程学院四川成都 610500【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8旋风分离器内部流场较为复杂，属于典型的三维湍流强旋流场，具有非线性、时变性等特点，而颗粒在旋风分离器内的运动则更为复杂。
若想更好地提高旋风分离器的分离性能，就需要深入研究旋风分离器内气固两相流的流动情况。
主要存在3种研究方法：计算流体力学法、实验法和理论分析法。
早期对旋风分离器的研究基本都是理论分析法，为了能够更简便地了解旋风分离器的气固两相流情况，很多学者[1-2]都提出了各种各样的研究假设，所得出的理论研究结果与实际情况存在着一定的差异；而后又有较多的学者通过实验方法来对旋风分离器的分离机理进行研究，并将理论模型与实验数据进行拟合，进而得出了一系列的经验模型，但这些经验模型无法通用于全部类型的旋风分离器，只能对有限的问题进行解决。
计算流体力学法则是近年来随着计算机技术、数值计算方法发展起来的一种研究方法，目前已经取得了较快的发展。
有鉴于此，本文通过建立正确的CFD数学模型，应用Fluent软件来对旋风分离器内气固两相流进行数值模拟研究。
1 数值模拟1.1 几何模型的建立和网格的划分采用ANSYS DM(design model)建模，为了准确反映旋风分离器内部实际的流场情况，对几何模型未作任何简化，保持其几何尺寸与实验结构尺寸完全一致(见图1)，将排尘口的中心处设置为坐标原点，沿着旋风分离器中心轴线向上的方向为z 轴正方向。
而数值计算的关键步骤在于网格的划分，网格划分也是流场数值模拟的前处理过程，最终计算结果的精度会直接受到网格质量的影响，若网格质量较差，还有可能会导致最终计算结果出现严重的失真现象。
流化床气固两相流数值模拟及实验研究
气固两相流动力学特性的数值模拟与实验研究
气固两相流动力学特性的数值模拟与实验研究气固两相流动是指在一个系统中同时存在气体和固体颗粒的流动现象。
这种流动在许多工业过程中都很常见，如煤粉燃烧、颗粒输送和流化床等。
了解气固两相流动的力学特性对于优化工艺、提高效率至关重要。
为了研究这种流动现象，数值模拟和实验研究成为了两种主要的研究方法。
数值模拟是通过建立数学模型和计算方法，对气固两相流动进行仿真和预测。
数值模拟方法可以提供详细的流场信息，如速度、压力和浓度分布等。
通过调整模型参数和边界条件，可以模拟不同工况下的气固两相流动情况。
数值模拟方法还可以用于研究流动中的细观现象，如颗粒的碰撞和聚集等。
然而，数值模拟方法也存在一些局限性。
首先，模型的准确性和可靠性取决于模型的假设和参数选择。
其次，数值计算的复杂性限制了模拟的规模和时间尺度。
因此，数值模拟方法通常需要与实验研究相结合，以验证模型的准确性和可行性。
实验研究是通过设计和进行实际的物理实验来研究气固两相流动。
实验方法可以直接观测和测量流动中的各种参数和特性。
通过改变实验条件，如气体流速、颗粒浓度和粒径等，可以研究气固两相流动的变化规律。
实验研究还可以用于验证数值模拟结果的准确性和可靠性。
然而，实验研究也存在一些问题。
首先，实验设备的建造和操作成本较高，且受到实验环境的限制。
其次，实验过程中的测量误差和不确定性会影响研究结果的可靠性。
因此，实验研究通常需要与数值模拟相结合，以综合分析和解释研究结果。
在气固两相流动力学特性的研究中，数值模拟和实验研究相辅相成。
数值模拟方法可以提供详细的流场信息和细观现象，为实验研究提供参考和指导。
实验研究可以验证数值模拟结果的准确性和可靠性，为模型的改进和优化提供实验数据。
通过数值模拟和实验研究的相互验证和比较，可以更加全面地了解气固两相流动的力学特性。
在未来的研究中，需要进一步提高数值模拟和实验研究的精度和可靠性。
对于数值模拟方法，需要改进模型的准确性和可靠性，提高计算效率和稳定性。
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:ANumerical Simulation of Flow Filed in Uniflow Guide Vanes TubeW 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; 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]。
旋风分离器气固两相流数值模拟
硕士学位论文开题报告及论文工作计划书课题名称XLP/B型旋风分离器气固两相流数值模拟学号____________ 1000484 _______姓名________ 曹_________专业_______学院机械工程与自动化学院一导师________ 张副导师__________________________选题时间2011年9 月22 日东北大学研究生院年月日填表说明1、本表一、二、三、四、五项在导师指导下如实填写。
2、学生在通过开题后一周内将该材料交到所在学院、研究所。
3、学生入学后第三学期应完成论文开题报告，按有关规定，没有完成开题报告的学生不能申请论文答辩。
、立论依据课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的、理论意义和实际应用价值实际应用价值：本课题研究的意义不仅仅在于能够解决困惑企业设计人员的实际问题，为企业对其产品的设计、检验、改造和优化提供实际的参考和指导，更大的意义在于能够为企业在降低产品的生产成本、提高产品的设计水平、提高企业核心竞争力方面提供思路和方法，本课题的研究结果具有一定的实际意义和经济价值。
旋风分离器内部进行的是两相流运动是气相和固体颗粒相的分离过程，而固体颗粒的运动在很大程度上取于分离器内湍流的运动。
对湍流及其模型的研究具有十分重要的意义。
在综述旋风分离器内湍流模型和数值模拟相关研究进展的基础上，着重分析了k- &双方程模型和雷诺应力模型在旋风分离器流场预测方面的进步和不足，并展望今后湍流模型的发展趋势。
随着旋风分离器理论研究的不断深入、计算机技术的不断发展和各种数学模型理论的不断完善，利用在数学模型基础上开发出的仿真软件代替具体的试验环境进行旋风分离器的研究与设计不仅可以节省大量的人力、物力和资金，而且可以更快地得到结果，并且所得结果也更合理、更全面、更有效。
目前已有许多单位和科研院所将计算机仿真技术引入了旋风分离器的研究与设计，这将为广大科研工作者带来了极大的方便。
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硕士学位论文开题报告及论文工作计划书
课题名称XLP/B型旋风分离器气固
两相流数值模拟
学号1000484
姓名曹
专业机械设计及理论
学机械工程与自动化学院
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副导师
选题时间2011年9 月22 日
东北大学研究生院
年月日
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1、本表一、二、三、四、五项在导师指导下如实填写。
2、学生在通过开题后一周内将该材料交到所在学院、研究所。
3、学生入学后第三学期应完成论文开题报告，按有关规定，没有完成开题报告的学生不能申请论文答辩。
东北大学硕士研究生学位论文选题报告评分表。