旋风分离器英文文献翻译.

旋风分离器的经向入口结构的气固流场数值模拟

Jie Cui, Xueli Chen,* Xin Gong, and Guangsuo Yu

——上海华东理工大学国家煤气化重点实验室，2002.3.7

对应用在多喷嘴对置气化系统中的一个简单的气体与颗粒离分装置——旋风分离器径向入口结构改进的研究现状进行了回顾。在高效率的前提下径向入口旋流器更适合高压工业运行环境。应用计算流体动力学（CFD）技术为基础的模型来研究一种新型旋风分离器的性能。用这一方法，用雷诺应力模型来描述湍流，然后由拉格朗日随机模型来描述粒子流。该方法很好的验证了测量与预测结果之间联系的有效性。结果表明，即使速度流场不是几何对称和三维非稳态，但它是准周期的。此外，还有存在一个涡核现象在旋风分离器中。因为离心力，颗粒浓度分布是不均匀的。根据粒子的运动特征，分布区域可分为三个部分。较大的颗粒比较小的更容易分开。但超过某一临界值的大小时颗粒将不会在旋风分离器的锥形墙底部被收集，然后发生凝滞。这将导致在旋风分离器的锥形部分发生严重侵蚀。此外，分离效率与粒径的增大、径向进气旋风分离器切点的直径是小于相同的入口条件下的传统旋风分离器的。

简介

多喷嘴对置气化系统是由煤处理、煤气发生炉、煤气净化和黑色的水处理工艺组成。煤气净化在整个运行在较高的温度和压力系统中起着重要的作用。它是消除在气化炉生产的合成气才到达旋风分离器下出口之前的颗粒。多喷嘴对置气化系统净化过程是采用搅拌机、旋风器和洗涤器组合的，它与在GE气化合成气净化技术是不同的。旋风分离器的存在提高了净化效果和系统操作的稳定。旋风分离器被广泛应用于工业应用，在空气污染控制及气固分离和气溶胶采样等。随着结构简单、制造成本低和适应极其恶劣的条件下运行，旋风分离器成为在科学与工程除尘应用设备领域中最重要的装备之一。在一般情况下，传统的旋风分离器通常采用切向进气道结构。霍夫曼和Louis纷纷推出关于分离器上锥与切向入口气旋的一些设计要点。但切向进气道结构不能

适用于一些特殊的条件，如高温度下的高压等。因此，经过过去的几十年里的多次尝试，通过引入一个新的入口设计来性能提高。切向入口旋风分离器也是不适用的在多喷嘴对置气化系统。由于切向焊接阻碍了大额投资的投入、使得技术含量需求更高和存在大的风险。在本文中，采用新型旋风分离器介绍一个特殊的径向进气结构如图1所示。在高效率的前提下径向进气旋风分离器能适应产业化经营环境。不正确的分离设备的设计将是具有破坏性的，所以更好地学习设计的基础是至关重要的。因此，有必要了解气体粒子流和径向进气旋风分离的特点。然而，由于复杂的三维强的旋流流旋风，传统的研究方法无法提供的预测准确。随着现代计算流体动力学（CFD）技术的发展，现在是可以充分模拟气旋的气体流量和粒子动力学。在本文中，我们集中在与商业CFD软件FLUENT径向进气旋风气体粒子流场模拟。由模拟获得的信息通过分析和比较，与传统的旋风分离器气体粒子的径向进气旋风流场比，都可以得到验证。

2.数值模拟方法

2.1、湍流模型。重要的是要在旋风分离器中找到一个合适的湍流模型来解决复杂的立体强烈的回漩流流体。目前的工作是基于RSM模型，它可以描述非均向性湍流。RSM，虽然比其他未解决涡流湍流模型计算更昂贵，但它已被证明是一个气旋流适当的湍流模型。这核心图表是用来表达对流的离散性，而压力梯度关系是用来处理压力参差的。压力耦合的解决方案是基于简单的半隐式方法。

在RSM模型，过程方程可写为：

左边的两个条件是分别对时刻压力和对流流动段的求导，分别。正确的术语是应力扩散项：

粘性扩散项：

剪切产生项：

浮力产生项:

压应变力项:

损耗项：

旋转产生项：

Sij为用户定义的源项。

湍流扩散，包括在RSM模型。用一个标量湍流扩散，显示为

湍流粘度，μT，使用下列公式计算：

其中Cμ=0.09和ε是耗散项。

2.2气——固两相流场模型。所谓拉格朗日多相流模型描述粒子的随机的运动。离散相粒子的运动轨迹的预测是结合粒子的力平衡来的。因此，方程写成

其中，是一个额外的加速期，包括热泳力，布朗力和Saffman升力/单位粒子的质量。给定的单位粒子质量的阻力。

其中，是粒子的速度，是气相的速度，是粒子的密度，为颗粒直径。

是相对雷诺数而是气体和颗粒之间的给出阻力系数。

离散相粒子可以抑制或产生动荡的漩涡。湍流扩散的粒子随机跟踪，预计整合为

单个粒子的运动轨迹方程，流体的瞬时速度，，在整合使用的粒子沿路径。假设他们服从高斯概率分布，使U'、V'和W'在湍流涡旋产生期为采样值。所以有：

其中，ζ是一个正态分布的随机数，以及右侧的其余部分是局部的RMS值速度波动。由于湍流动能在每个点在流，这些值的RMS波动组件可以定义（假设各向同性）

粒子涡相互作用的时间和尺寸不应该比随机涡的寿命和尺寸大。双向耦合方法被用于考虑气相和离散相之间的影响。双向耦合完成停止，直到这两个阶段的解决方案，通过交替求解离散和持续的项相方程改变。从气相转移的势头颗粒相的计算方法研究变化一个粒子的动量，因为它通过传递给每一个控制计算量，动量变化

表格一，旋风分离器的入口结构参数：

其中是颗粒的质量流率而Δt是时间但是请注意，该模型描述忽略的粒子 - 粒子间的相互作用。这种处理方法在稀相流动中已被广泛应用。

3、网格划分和边界条件

3.1、网格划分。图1的几何尺寸描述了模拟旋风分离器。为了模型实验数据，旋风分离器的尺寸是基于几何相似建模方法来建模的。新型旋风的进口结构是一个赋予一个圆形的直线型状的设法。进入气筒沿其轴的插入管道削减一半，形成一个虚拟的平面。虚拟平面和轴之间的夹角经常被定义为进口角β，其进口的角度方向是随混合物进入气旋变化而改变。混合物的流动是由于混流和冲击造成的影响的。冲击后，气体与粒子混合物沿叶片进入旋风分离器，在离心力的作用下分离。坐标原点的选择如下：轴向是Z轴，而z轴上方向是正的。入口的位置是X轴，Y

轴是垂直入口的中心线。坐标的原点定义在其中进口的正常点和气筒轴相交的旋风。此外，入口位置设置为0°和逆时针的方向是正的。和有关量纲配置参数值列于表1。

图2显示了计算域，含有210 000格子。整个计算域划分由结构性六面体网格。在越近壁区网格越密集。