Effects of the inlet particle spatial distribution on the performance of a gas-solid cyclone separator

The present study was aimed at the inlet particle spatial distribution of a gas-solid separator with high solid loading and investigated its effects on cyclone performance and the inner flow pattern.The flow fields of a cyclone with different rectangular particle flow areas on the inlet surface were numerically simulated using a four-way coupling method.The simulated results indicate that reducing the inlet particle flow area and lowing the inlet particle position can effectively reduce the scattered particles inside the cyclone separator and enhance the separation performance.Vertically gathering the particles to the centerline can also weaken the particle back-mixing.The particles near the roof account for the swirling particle ceiling phenomenon.The inlet particle spatial distribution affects the pressure drop mainly by affecting the gas tangential velocity in the cylinder body.Moreover,compared to the hori-zontal particle distribution on the inlet surface,the vertical particle distribution has greater effects on cyclone performance.

直升机整体式惯性粒子分离器研究现状

整体式惯性粒子分离器是一种直升机进气防护装置,其性能优异、应用广泛,对于保护直升机发动机、延长其使用寿命具有重要意义。本文从4个方面对整体式惯性粒子分离器的研究现状进行归纳总结,包括:总结了现有直升机进气防护装置的类型及相关气动参数,梳理了整体式惯性粒子分离器现有的研究方法及取得的相关成果,分析了影响整体式惯性粒子分离器工作性能的因素,并展望了整体式惯性粒子分离器未来的发展方向。研究成果可为今后开展整体式惯性粒子分离器研究及优化设计提供一定参考。

300MW循环流化床锅炉分离器入口烟道气固流动特性研究

对300MW循环流化床锅炉(circulating fluidized bed,CFB)高温分离器入口长烟道和短烟道内的气固流动特性进行了试验研究及数值模拟。应用高速摄影机,拍摄了示踪粒子在2种结构的入口烟道中的运动轨迹,并进行了示踪粒子运动轨迹的数值模拟。通过示踪粒子的轨迹分析,得到不同结构的分离器入口烟道对固体颗粒的加速性能。分析结果表明,长烟道内颗粒速度的增幅性能比短烟道内颗粒的增幅性能好,但前者压降比后者要大。相同工况下,配长烟道的分离器的分离效率要高于配短烟道的分离器的分离效率,但前者的压降要高于后者。

旋风分离器顶灰环灰量的实验测量

旋风分离器进行气固分离过程中,在顶板的外侧存在一个浓度比较高的旋转顶灰环。顶灰环的存在一方面增加了颗粒向内测逃逸几率,另一方面造成了旋风分离器器壁的磨损。对于分离FCC催化剂颗粒的旋风分离器,顶灰环的旋转是不稳定的,会发生周期性的脱落,因此存在一个最大顶灰环灰量。根据旋风分离器颗粒藏量的测量方法,测量了最大顶灰环灰量与入口速度和入口浓度的关系。实验结果表明最大顶灰环灰量随入口速度和入口浓度的增加而增大。

旋风分离器内颗粒藏量的实验测量

根据旋风分离器的气固分离特点,定义用于描述旋风分离器气固分离过程的颗粒藏量参数为操作中旋风分离器有效分离空间内全部颗粒的质量,选用流化催化裂化平衡催化剂粉料,通过实验测量旋风分离器内颗粒藏量与入口速度和入口浓度的关系。结果表明:颗粒藏量随着入口浓度和入口速度的增大而增大;旋风分离器的颗粒藏量主要来源于旋风分离器环形空间顶灰环,其余部分是旋风分离器的器壁表面颗粒层。

多区域多重网格法在直升机粒子分离器中的应用

首次将多区域多重网格法用在一般曲线坐标系下交错网格布局的 SIMPLEC算法中 ,在直升机粒子分离器这类独特结构中的成功应用 ,突破多重网格方法在多连通域中运用的局限性 ,使复杂问题变得简单。结果表明 ,它不仅能加快流场求解的收敛速度 ,而且还能提高计算精度。

油页岩旋风分离器分离性能的试验研究

通过实验室冷态模型试验,测定PV型高效旋风分离器对油页岩颗粒的分离性能,考察入口气速、排气管直径对分离器分离效率的影响,并对比研究旋风分离器对油页岩和滑石粉两种不同物料的分离效率差别。结果表明:同一旋风分离器对不同物料的分离效率差别显著;对油页岩分离效率最高的分离器入口气速比对滑石粉分离效率最高的分离器入口气速低许多;排气管直径改变对分离效率最高的分离器入口气速基本无影响;排气管直径越小,分离效率越高,分离器的操作弹性越好。颗粒种类对旋风分离器分离效率的影响在油页岩旋风分离器的设计和应用中应予以充分考虑。

催化裂化沉降器旋流快分系统分离性能的实验研究与数值模拟

在FCC沉降器的实验装置上,研究了不同入口颗粒浓度下旋流快分系统(VQS)分离性能,着重分析入口颗粒浓度对VQS系统内分离效率与压降的影响规律。结果表明,随着入口颗粒浓度的增加,VQS系统的分离效率随之增加,而压降随之减小。采用Fluent软件对VQS系统内气、固两相流进行了数值模拟,并由此估算了不同入口颗粒浓度下VQS系统的压降、颗粒分级分离效率以及总分离效率,计算结果与实验结果吻合较好。入口颗粒浓度越高,气相被颗粒相消耗的能量越多,切向速度衰减越明显,从而导致系统压降的降低。同时,入口颗粒浓度的增加导致单位体积内颗粒质量流率增加,重力沉降作用增大,故上行流轴向速度减小,下行流轴向速度增加,有利于颗粒下行分离。此外,颗粒相的存在可有效抑制湍流,降低系统内的湍流强度,有利于改善颗粒返混,提高系统对中细颗粒的捕集能力,从而提高系统的分离效率。

旋流泡罩相分离性能的研究

针对传统泡罩塔的雾沫夹带、液泛等问题,提出了新型塔内件——旋流泡罩,其利用旋流聚结和离心沉降原理将进入气中的液滴捕捉,可以实现高效的相分离。旋流泡罩的性能包括操作性能和相分离性能,分别用压力降和分离效率来表征。进气量对压力降的影响分别通过试验和模拟获得,并用压力降的试验数据来验证模拟的可靠性;利用Euleria-Lagrangian方法来处理气液两相流动,同时考虑液滴的聚结和破碎,研究进气速度、进气液滴粒度和进气液滴浓度对旋流泡罩相分离性能的影响。研究结果表明,压力降随进气量的增大而增大,在研究的进气量范围内,旋流泡罩压力降为300~1300 Pa;相分离效率随进气粒度和进气速度的增大而提高,但存在临界进气速度值,此时,相分离效率最高可达98.7%;进气粒度越小,临界进气速度值越小;对于小液滴,其液滴浓度对相分离效率的影响比大液滴的影响更为显著。研究结果对于旋流泡罩的设计和优化具有重要意义。

动态分离器分离特性数值模拟及现场测试

为研究动态分离器在不同转子转速和碾磨出力下的分离特性,进行了现场取样测试和数值模拟。通过对入口不同粒径煤粉的质量占比进行设置,使模拟结果可以与现场测试入炉煤粉细度进行对比,得出了较为可靠的数学模型。结果表明:碾磨出力较高时提高转子转速,入炉煤粉细度R90减幅变慢,转子转速为67.5 r/min左右较合适,转子转速过高会使分离电耗迅速增加而入炉煤粉细度改善不明显;碾磨出力较低时提高转子转速,入炉煤粉细度R90的减幅逐渐加快,设置较高的转子转速可使煤粉更细,低负荷下稳燃效果更好。

双进口方形分离器气固流动特性的数值模拟

采用RSM湍流模型对双进口方形分离器的气相流场进行数值模拟,得到了分离器内的速度场和压力分布;同时采用拉格朗日模型对方形分离器内固体颗粒的轨迹进行模拟。结果表明:双进口方形分离器内速度场和压力场的对称性较好但气流旋转强度不大且容易衰减;不同粒径、不同位置入射的颗粒轨迹有较大差异,细颗粒入射时分离器内容易形成气流短路现象,颗粒靠近分离器顶部入射时分离器内容易造成上灰环现象,给方形分离器的分离效率带来了不利的因素。将方形分离器筒体的四角改为切形倒角,可以很好地改善分离器的流场,并能有效提高分离器分离效率。

发动机入口粒子分离器流场数值模拟及流道改进

发动机入口粒子分离器设计要求在一定清除流量比情况下,分离效率高而流动损失小。本文针对不同入口雷诺数(2×105至9×105)、不同清除流量比(10%到20%)的入口粒子分离器进行了数值模拟与实验研究。通过细致分析不同截面上的速度场和总压损失系数Cp,显示在分离通道内存在明显的低速区域和涡结构,同时在该区域内的出现了大的流动分离。这一结果与实验测得的结构吻合。分析结果显示该分离区域导致了流动通道内部总压损失的增加,由此根据流线分布情况对该分离区域进行结构改进。改进后流动通道内的原分离位置的涡结构强度和空间尺度均大大减小,使在高雷诺数下分离器两个出口的总压损失都降低了30%以上,且通道主出口流动更均匀,同时给出了不同雷诺数下的总压损失,建立了Cp与入口雷诺数的函数关系。数值计算结果显示本文使用的流道改进方法使分离器形状获得改善,获得了更优的流动性能。根据数值模拟结果提出了入口粒子分离器的改进方案。

整体式粒子分离器性能的试验研究

为了探索整体式进气粒子分离器(IPS)分离效率的变化规律,针对两种具有不同型面曲率的整体式粒子分离器的三维结构模型开展试验,重点研究了主流路流量、扫气比(SCR)、进口马赫数、进口砂粒浓度和分离器间距对粒子分离器性能的影响规律。实验结果表明:(1)对于不同粒径砂粒,两种模型分离效率均出现随着主流路流量增大而减小的趋势,其中在主流路流量相同的情况下,型面变化平缓的模型分离性能要优于型面变化剧烈的模型;(2)两种整体式粒子分离器模型的分离效率均随扫气比的增大呈现先增大后减小的变化,且这种规律与砂粒粒径无关;(3)随着进口马赫数的增大,两种整体式粒子分离器模型分离效率均仅出现小幅度减小,但在同一进口马赫数下,两种模型分离效率差异显著,最大达到6.54%;(4)采用C级砂时,可以认为粒子浓度对粒子分离器的分离效率没有影响;(5)当分离器轴向间距减小或径向偏离轴线间距减小时,粒子分离器模型的分离效率将出现不同幅度增大。

颗粒入口位置与粒径对旋流器分离效率的影响

水力旋流器入口截面上不同位置的颗粒存在着不同的运动轨迹,不同的运动轨迹可以直接反映旋流器的分离性能,因此,弄清楚入口截面上的分离高效区非常重要。采用EDEM-FLUENT耦合数值仿真分析方法,将入口截面离散化为一系列的节点,针对不同粒径的球形水合物颗粒,统计研究了入口各节点位置的分离效率、运动轨迹和总分离效率。得到以下结论:水合物颗粒的分离高效区位于入口的上侧和内侧的交汇区域,而下侧和外侧交汇的区域为分离低效区,中间存在一个狭小的分离中效区。分离高效区中水合物颗粒的运动轨迹主要为短路流。随着水合物粒径的减小,分离高效区会向入口上侧和内侧交汇区域收缩,并趋于稳定。提出了颗粒入口位置分离效率的新概念,并可以利用它来确定水力旋流器的总分离效率。

新型多旋臂气液分离器入口旋流头的预分离特性研究

新型多旋臂气液分离器可实现大直径分离器内的气液旋流高效分离,其入口旋流头结构是分离器的重要组件之一。通过大型冷模实验,对入口旋流头结构的液滴群粒径分布进行非引出式在线测量,从压降和分离效率角度考察了旋流头的预分离性能。结果表明,在入口直管段,初始液滴粒径会在高速气流的作用下迅速进行重新分布,粒径分布呈类正态分布,Sauter平均粒径(SMD)为16.8μm。在16.95 m/s的气速下,液滴群在H/D=2.47-8.48长度内的入口直管段中运动状态稳定,粒径分布未发生明显变化。在高气速的操作条件下,剪切效应和边壁效应共同作用使SMD略有增大。液滴群在流经旋流臂后,粒径分布发生显著变化,出现“双峰”特征,旋流臂对液滴的聚集效果明显。通过粒径分布分析,预测了旋流臂末端的液滴特征。发现旋流头的预分离性能优越,在压降占比仅3.2%-8.4%的情况下,分离效率占比可高达42.8%-62.5%。入口旋流头结构不仅可以为混合相创造强旋流的初始分离环境,还能借助自身结构特点实现对混合相的惯性预分离。

整体式惯性粒子分离器雷达散射特性数值仿真

为了探究整体式惯性粒子分离器(IPS)的雷达散射特性,利用物理光学迭代法(IPO),编制了整体式粒子分离器的RCS计算程序,发展了一种改进的高效遮挡关系判断算法,并对程序的计算精度进行了校验。对不同雷达波长下,不同构型整体式粒子分离器的前向雷达散射特性进行了计算和分析比较。结果表明,随着雷达波长的增大,IPS的雷达散射面积减小;IPS分流器径向位置对重点方位角度范围内的雷达散射面积(RCS)有一定影响,并为改善IPS的雷达散射特性提供了参考依据。

双进气道旋风分离器内不同粒径颗粒流动特性

采用改进的RNG k-ε湍流模型和欧拉多相流模型,对一种单入口双进气道旋风分离器内的气固多相紊流过程进行数值模拟。计算得到旋风分离器内不同粒径颗粒速度和浓度分布规律,结果表明:大粒径颗粒比小粒径颗粒轴向速度分布更平坦,切向速度峰值位置和外准自由涡区也越向壁面靠近;与普通单入口旋风分离器相比,相同处理量时,此种旋风分离器内速度和不同粒径颗粒浓度分布轴对称性更好,大粒径颗粒切向速度峰值位置外移更明显,筒体段颗粒有更向壁面浓集的趋势,锥体段不同轴向位置处中心旋流区双进气道的颗粒浓度低于单进气道的。小粒径颗粒捕集能力增强,有助于提高分离器分离效率,减少不稳定流动导致结焦的颗粒源供给,从流动角度保证了抗结焦和长周期稳定操作。

切流式三旋单管内固相颗粒运动规律的数值研究

采用商用软件Fluent 6.3,利用随机轨道模型对切流式三旋单管内固相颗粒运动轨迹进行了数值模拟,结果表明颗粒运动轨迹随机性较大,对气流的跟随性较好,受湍流脉动的影响较大。颗粒在单管内的逃逸与捕集运动规律的统计结果表明:不大于5μm的颗粒主要在排气管底部和分离筒体发生逃逸,随着粒径的增加,颗粒的分离效率增加,在排气管底部和分离筒体上部逃逸比重增加,而在分离筒体中底部颗粒的逃逸比重减少。总结来说,排气管短路流、分离筒体内旋流夹带逃逸是影响切流式三旋分离性能的主要原因,可以从这些方面进行三旋分离性能的优化与改进。

一种生物气溶胶旋风式分离采集装置的设计与验证

目的:设计一种生物气溶胶旋风式分离采集装置,为小粒径生物气溶胶分离采集和分析提供有效手段。方法:对经典旋风式分离采集装置结构参数进行优化,借助Fluent软件对筒体直径等关键结构参数对粒径分离效果的影响进行模拟仿真,确定生物气溶胶旋风式分离采集装置的最优结构参数,之后采用高纯铝材料制作生物气溶胶旋风式分离采集装置。采用TSI9310尘埃粒子计数器和六级安德森采样器对设计的生物气溶胶旋风式分离采集装置的粒径分离效果进行实验验证。结果:设计的生物气溶胶旋风式分离采集装置筒体直径为18 mm,该装置对于粒径小于3.3μm的生物气溶胶粒子基本无阻留,对于粒径大于3.3μm的粒子,分离阻留效率随粒径的增加逐渐增大。结论:生物气溶胶旋风式分离采集装置可以有效分离小粒径生物气溶胶粒子、阻留大粒径生物气溶胶粒子,达到粒径分离效果。

蜗壳式旋风分离器分离性能试验研究

蜗壳式旋风分离器作为轻烧镁旋流动态煅烧系统中最重要的分离设备,是提高系统分离性能的关键所在。文章建立蜗壳式旋风分离器分离性能试验装置,研究入口风速对阻力系数与压降的影响和颗粒浓度对分离效率与压降的影响。研究发现:蜗壳式旋风分离器的静压降随入口风速的增大而增大,静压降与入口风速平方成正比;压降随颗粒浓度增大而减少,分离效率随颗粒浓度的增大逐渐升高。