用雷诺应力模型计算旋风分离器中气_固两相流动
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。
新型超音速压气机内气固两相流场CFD模拟分析
维非定常流动 ； 而且它的高转速运转， 形成了有别于传
统 风机 流场 的超 音速 流动 。所 以离 心压 气机 内的气 固 两相 流动 现象非 常复杂 。
本文 以多相 流理论 为基础 ，针 对所 研发 的新 型超 音 速压气 机进行 气 固两 相流数 值模 拟 ，得到 可压 缩气 体在 压气机 内的流场分 布和温 度变 化 ，以及 颗粒 在气
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：
摘 要 ：为预 测和 预 防压 气机 叶轮 磨损 ，基 于多相 流理论 对超音 速 压 气机 内的三维 气 固两相
：
： 流 场进行数 值模 拟 。在分析 中将 压 气机 内的流 场按 可压缩 气体 处理 ， 同时考虑 温度对颗 粒运 动轨
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中 图分 类 号 ： Ｋ ７ ． Ｔ ４ ４８
文献 标 识 码 ： Ａ
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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12
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。
液一液动态旋流器内两相湍流的数值分析
液一液动态旋流器内两相湍流的数值分析作者：暂无来源：《中国储运》 2011年第12期文／张攀峰邓松圣张福伦摘要：采用雷诺应力模型和多相流模型中的混合物模型，对液一液动态旋流器内两相湍流进行数值模拟，计算分析了旋流器内湍动能、湍流度、湍动能耗散率以及雷诺应力的分布规律，并初步探讨了通过控制湍流降低旋流器能耗的方法。
所建立的数学模型和所使用的计算方法为深入研究液一液动态旋流器流场特性、分离机理及进行结构优化设计提供了一条有效的途径。
关键词：液—液动态旋流器；两相湍流；数值分析；雷诺应力液—液动态旋流器是在静态旋流分离技术基础上发展起来的，其内部液体呈强旋转湍流流动，研究其湍流结构特点，对揭示和控制旋流器内湍流扩散、减少能量损失等都具有重要意义。
湍流问题极端复杂，其机理尚未被完全掌握，甚至还不能下一个严格定义。
目前解决湍流问题主要有三类数值方法直接数值模拟法、大涡模拟法和雷诺时均方程法。
但由于计算条件限制，直接数值模拟法和大涡模拟在工程应用上实现难度很大。
雷诺时均方程法（RANS），是目前广泛用于实际工程计算的湍流解决方法。
静态旋流器模拟研究也多是基于这类方法。
比较有影响的有基于涡粘性假设的标准。
—；模型、RNG K-；模型和代数应力模型等；以及直接求解Reynolds应力各分量输运方程的雷诺应力模型，如袁智等湍流模型对微型旋流器进行模拟研究，王振波等对切流式旋流器进行了模拟研究。
清华大学陆耀军采用不同湍流模型，对旋流分离管进行二维研究，发现雷诺应力模型精度最高。
目前的研究主要集中在静态旋流器方面，对动态旋流器的研究，开展的还比较少。
1．湍流模型液—液动态旋流器流场属于强旋湍流，流场存在明显的各向异性。
因此，基于涡粘性假设的标准k-ε模型、RNG K-ε模型等涡粘模型，如果没有突破涡粘性假设的框架，其各种改进形式都存在局限性。
雷诺应力模型完全放弃了涡粘性假设，直接求解微分输运方程得到各应力分量，能够随流线的弯曲和旋转而自动调节，适合模拟旋流器内的三维强旋湍流。
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。
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。
9 基于计算流体动力学数值模拟分析的旋风分离器优化设计
０引言
旋风分离器俗称为“刹克龙（ｃｙｃｌｏｎｅ）”分离
器（以下简称为刹克龙），在结构设计、制造、安
所示。初步设计好的刹克龙产品作为本文ＣＦＤ数 值模拟分析的模
型，通过模拟分析 以获得其参数云图 分布及随时间变化 的关系，并通过对
ｄ－－０．４５Ｄ ｃ＝０．３５Ｄ ｂ－－０．３Ｄ ｅ＝Ｏ．３Ｄ ｈ１＝０．８Ｄ ｈ２＝２Ｄ ｈ＝２．８Ｄ ａ－－Ｏ．１５Ｄ
＼
ｌ，
处理后，得到了刹克龙内部的粉尘速度、流体能量、 流动状态、流体压力等参数的分布，如图３～图６ 所示。同时，我们还通过不同的参数设定进行了模
拟输出结果的比较。
６ ｏ ０ ５ Ｈ ０ ３ ４●８ Ｐ ０ ｅ ０
０
式中：ｆ。为第ｇ相的压力应变张量；Ｐ为所有相
共同的压力；ｇ为重力加速度；心、乃分别为ｑ
３０（２）：２２３—２２６
万方数据
第６期 Ｗａｎｇ
万筱军等：基于计算流体动力学数值模拟分析的旋风分离器优化设计
Ｌｅｑｉｎ，Ｈａｏ
７１１
ＺｏｎｇＲｕｉ，Ｗａｎｇ Ｍｉｎｇｘｔｍ，ｅｔ
ａ１．
减阻性能研究［Ｊ】．新技术新工艺，２００７（１２）：４６—４９
Ｚｈａｎｇ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｃｙｃｌｏｎｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
２００２．１ｌ
谭旭，李方俊．过滤分离器流场的ＣＦＤ模拟分析川． 液压与气动，２０１１（１１）：１０２－１０４
Ｔａｎ Ｘｕ，Ｌｉ
Ｆａｎｇｉｕｎ．Ｔｈｅ
ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ＣＦＤ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
ｆｉｌｔｅｒ／ｓｅｐａｒａｔｏｒ［Ｊ］．Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ＆Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ，２０１ １（１１）：
旋风分离器数值计算及性能实验分析
部流场进行数值计算． 研 究 不 同粒 径 固相 颗 粒 的 运 动 轨 迹 ， 揭 示颗 粒在 分 离器 中的 运 动 机 理 ， 得 到 旋 风 分 离 器 内部
气流切向速度 、 轴 向速 度 及 切 面 旋 转 矢 量 速 度 的 分 布 规 律 ， 并 与 实 验 测 试值 进 行 比对 ． 结果表 明 ： 在 相 同条 件 下 ， 数
Ｒ Ｎ Ｇ模型模拟 了分离器 内部 三维流场流 动情况 ， 该模
型虽 能得 到较精确的计算结果 ， 但 网格精度要求 高 ， 计
算 费时费力． 而Ｒ Ｓ Ｍ 非稳态湍 流模 型被证明能很好 地 模拟旋风分离器 的内部流场 ｌ ＿ ７ ］ ．
ｌ 一 引风机 ； ２ 一 比托 管 测 试 点 ； ３ 一 固定 架； ４ — 控 制板
值 计 算 与 实验 测 试 结 果 非 常 接 近 ， 能很 好 地 预 测 切 向 速 度 的 “ 驼 峰” 结 构 及 轴 向 速 度 分 布 的 上 行 流 和 下行 流 ； 随 着 颗粒粒径的增加 ， 分 离器 外壁 呈 螺 旋 流 分 布 ， 内部 流 夹 带 随粒 径 的 增加 而逐 渐 减 小．
颗粒在 其 内部 的流动极 其复杂 ， 近 年来 随着 计算流 体
力学 Ｃ Ｆ Ｄ技术 的发展 ， 越来越 多的研究者借 助数值 模 拟方法研究旋风分离器 内的流场［ 】 ］ ． 魏志军等［ ５ 采 用 了三维贴体坐标 ， 应用 Ｐ ＨＯ Ｅ Ｎ Ｉ Ｃ Ｓ程序对 旋风分离 器
内部气 相 流 场 进 行 了分 析 与 数 值 计 算． Ｍａ等ｃ ６ 用
诺 应力模 型 对旋风 分 离器 内部气 流流 场进 行数值 模
拟， 并搭 建实 验 台 ， 将数 值计 算结 果与 实验 测试结 果
旋风分离器内气固分离模型的研究进展
2003年第6期45中国粉体技术旋风分离器内气固分离模型的研究进展赵兵涛1,沈恒根1,许文元2,陈东武2(1.东华大学环境科学与工程学院,上海200051;2.常熟市鼓风机有限公司,江苏常熟215511)收稿日期:2003-02-16,修回日期:2003-04-23第一作者简介:赵兵涛(1976-),男,博士研究生。
摘要:综述旋风器内气固两相分离模型相关理论研究进展的基础上,从固相颗粒物浓度的影响、固相颗粒物间的相互作用、实际分离过程中各因素的综合作用以及旋风分离器内部的气固两相流动等方面,分析和比较了各模型的建模思想和分析方法,并展望今后分离模型的发展趋势。
关键词:旋风分离器;气固分离;分离模型中图分类号:T U834.64文献标识码:A文章编号:1008-5548(2003)06-0045-04Pro g ress in Stud y of G as 2solid Se p arat 2in g Model in C y clone Se p aratorsZH AO Bin g 2tao 1,SHEN H en g 2g en 1,XU W en 2y uan 2,CHEN Don g 2wu2(1.S chool of Environm ental S cience and En g ineerin g ,D on g hua Universit y ,Shan g hai ,200051;2.Chan g shu F an C o.Ltd ,Chan g shu ,215511,China )Abstract :Based on the p ro g ress in stud y of g as -solid se p aratin g m odel in c y clone se p arators ,the m odelin g and anal y tical m ethods are com p ared in the fields of the concentration of solid p articles ,the in 2teraction of solid p articles ,the unified affects of different factors dur 2in g se p aratin g p rocess and the g as -solid tw o 2p hase flow in the c y 2clond se p arator.T he m odelin g trends in the future are also p resented.K e y w ords :c y clone se p arators ;g as -solid se p aration ;se p aratin g m odel旋风分离器(以下简称旋风器)作为一种主要的气固两相分离和除尘设备已广泛应用于电力、机械、石化、建材、冶金以及纺织等领域。
循环旋风分离器内气液两相流动数值模拟
循环旋风分离器内气液两相流动数值模拟
孙兰义;崔铭伟;李军;刘雪暖;李青松
【期刊名称】《化工机械》
【年(卷),期】2010(0)1
【摘要】采用雷诺应力模型RSM对循环旋风分离器内气液两相流动的情况进行了数值模拟研究,讨论了循环旋风分离器内切向速度、轴向速度、径向速度、压力场、雷诺应力的分布特点以及相同入口速度下分离器内液滴运动轨迹与分离器的分离效率.数值模拟结果表明,循环旋风分离器切向速度呈现明显的驼峰状,轴向速度上行流和下行流明显,径向速度相对较小,压力由轴心向外逐渐升高,雷诺应力分布复杂且无明显规律,分离器对小直径液滴分离效率较低,入口速度对分离效率的影响比较明显.
【总页数】6页(P48-52,125)
【作者】孙兰义;崔铭伟;李军;刘雪暖;李青松
【作者单位】中国石油大学,山东省青岛市,266555;中国石油大学,山东省青岛市,266555;中国石油大学,山东省青岛市,266555;中国石油大学,山东省青岛
市,266555;中国石油大学,山东省青岛市,266555
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.8+4
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5.旋风分离器内气固两相流动特性的模拟研究 [J], 胡利民
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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。
固气旋风分离器分离效率影响的数值分析
一
定 流 速 范 围 内 ， 当流 速 降低 对 大 颗 粒 （ 兰 １ ０ ０ ￣ ｍ） 分 离 效果 没 有太 大 的影 响 ，但 分 离速 度 降 低 ， 分 离
析 流量 、溢流 管深度 和人 口形式 对分 离效果 的影 响 。
１ 计 算模 型和 边 界 条 件
由于旋 风分 离器 内部 流动 的湍动 度较大 以及 流动 的各 向 异性 特征 ，因 此笔 者 采 用 雷 诺应 力 模 型 （ Ｒ Ｓ Ｍ）模 拟 旋 风
表 １ 旋 流 器 结 构 参 数
分离 器 内流体 的流动 。其控 制方 程包 括连续性 方程 、运 动方
程 和雷诺应 力输 运方 程 ，对 固体 颗粒 组 分采 用 Ｄ Ｐ Ｍ （ 欧拉一
拉格 朗 日离散相模 型 ）进行 颗粒 追踪 。在旋 风分 离器 性 能校
核过程 中 ，物理边界条件如表 １ 所示 ，边界类 型如表 ２所示 。 采用结 构 四边形 网格对 所建 立的几 何模 型计算 区域 进行 网格 划分 。通过 多次设 定计 算 ，确定模 型最佳 网格 单元 数为
３ ５万个 ，即能保 证计 算 结 果 的 网格无 关 性 ，又 能保 证 计 算
速度 。旋 流器模 型和 网格分 布 图如 图 １所示 。
２ 计 算 结果 分 析
２ ． １ 旋 风 分 离 器 处 理 量 对 性 能 的 影 响
当人 口速度 分别 为 ４ ｍ／ ｓ 和８ ｍ／ ｓ 时 ，其他条件 不变 ，对旋风分离器 内部不同大小粒径 （ １ Ｏ 、３ ０ 、５ ０ 、
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]。
旋风分离器壁面磨损的数值分析
ｉｓ ａｐ ｉｇｔｅＲ ｙｏｄ ｔ ｓ Ｍｏｅ （ ａ ｈｓ）ａｄＤｓｒ ｅＰ ａｅＭｏｅ （ｏ ｄｐ ａｅ ｎＦｕｎ，ｔ ｏｇ ｅｃｕ ｌｇ ｃ ， ｐ ｌ ｎ ｅｎｌｓＳ ｅｓ ｄ ｌ Ｇ ｓｐａｅ ｎ ｉ ｅ ｈ ｓ ｙ ｈ ｒ ｃｔ ｄｌ ｓｌ ｈ ｓ）ｉ ｌ ｔ ｈ ｕｈｔ ｏｐｉ ｉ ｅ ｒ ｈ ｎ
Ｚ ＨＡＯ Ｘｉ—ｕ ＪＮ Ｙ ｕ ｈ ｉ， ｎｘ ｅ ，Ｉ ｏ ．ａ ＭＥＮＧ Ｙｕｑｎ Ｓ ｈ— ｉｎ —ｉｇ ， ＵＮ Ｚ ｉｑａ
（ ． ｈｎ ｎｖ ｒ ｔ ｏ Ｐ ｔ ｌ ｍ； ｏ ｇ ｉ ５ ０ １ Ｃ ｉａ １ Ｃ ｉ Ｕ ｉ ｓ ｙ ｆ ｅ ｏ ｕ Ｄ ｎ ｙ ｇ２ ７ ６ ， ｈｎ ； ａ ｅ ｉ ｒ ｅ ｎ
（． １ 中国石油大学 （ 华东） 山东东营 ， 摘 ２ ７６ ；． ５ ０ １ ２ 中石油 大港石化公司第二联合车间 ， 天津 ２０ ８ ） ０ ２０
要 ： 为 了分析旋 风分离器壁面磨损问题 ， 基于计算流体力学 的方法 ， 应用 Ｆｕ ｎ 软件 中的雷诺 应力模型（ ｌｅｔ 气相 ） 和
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Ｆ Ｕ Ｄ ＭＡＣ ＮＥ Ｙ Ｌ Ｉ ＨＩ Ｒ
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文 章 编 号 ： １０ －０ ２ （０ ０ ０＿ ０ １ －０ ０５－ ３ ９ ２ １ ）４ －Ｏ ８－ ５ － －
旋 风 分离 器 壁 面磨 损 的数值 分析
固-气旋风分离器分离效率影响的数值分析
固-气旋风分离器分离效率影响的数值分析刘向阳【摘要】采用计算流体动力学软件(Fluent)对旋风分离器进行数值模拟计算,采用雷诺应力模型(RSM)模拟旋风分离器内流体的流动,分析了流量、溢流管深度和入口形式对分离效果的影响.研究表明:①在一定流速范围内,当流速降低对大颗粒(d≧100μm)分离效果没有太大的影响,但分离速度降低,分离效率减少；对中等粒径(20μm＜d＜100μm)的颗粒影响较大,会显著降低其分离效果和分离效率；对小粒径(d≦20μm)的颗粒影响较大,颗粒在分离时更快的向靠近轴线附近运动,更容易逃逸,分离效率降低.②在一定长度范围内,随着溢流管插入深度的增加,大粒径颗粒分离速度增加,小粒径颗粒分离效果增强,溢流管插入深度的增加有利于固气分离,并且溢流管插入深度对压力降的影响不大.③蜗壳式入口相对于矩形切向入口型式,增大了旋风分离器的入口半径,使得进流量的增加(生产能力的增大),同时会导致内旋涡旋速度的增加,有效分离粒径减小,分离效率提高.【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》【年(卷),期】2013(010)001【总页数】3页(P68-70)【关键词】旋风分离器;Fluent;流量;雷诺应力模型(RSM);溢流管深度;入口形式【作者】刘向阳【作者单位】中石化江汉油田管理局勘察设计研究院,湖北武汉430073【正文语种】中文【中图分类】TE931.1分离器是石油化工行业必不可少的一种设备，分离技术是伴随着石油工业的发展而不断的进步，在20世纪80年代前主要采取的重力分离和碰撞聚结分离[1]。
20世纪90年代后，离心分离得到快速的发展。
旋风分离器就是利用离心分离原理的分离设备，其因结构简单、分离效率高等优点，如今越来越广泛应用于石油化工行业[2-4]。
由于液固分离中固体颗粒分离效果受到多种工况和参数的影响，高效分离效率很难达到[5-7]，为此笔者采用计算流体动力学软件(Fluent)对旋风分离器进行数值模拟计算，分析流量、溢流管深度和入口形式对分离效果的影响。
旋风分离器内部流场及分离效率的数值仿真_李仁年
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.