缝隙式排气管对旋风分离器的性能影响

为降低传统旋风分离器工作时排气管内气流高速旋转造成的大量能量损失,将Lapple型旋风分离器的排气管改进为缝隙式排气管,利用数值模拟和实验的方法分析了缝隙式排气管对旋风分离器的性能影响.采用RSM模型对气相流场的切向速度、静压、流动轨迹、湍流强度以及压降进行数值模拟,采用多相流模型中的DPM模型对分离器的分离效率和颗粒运动轨迹进行仿真分析.仿真分析结果与实验验证结果吻合度较好,有较高的预报精度.最终结果表明,缝隙式排气管可使传统旋风分离器的压降下降6.8%,分离效率提升5.5%;当排气管上缝隙长度或宽度增加至一定数值,分离器的分离效率达到最大.随着排气管上缝隙长度或宽度的增加,旋风分离器的分离效率逐渐趋于稳定,压降持续降低;排气管上的矩形缝隙可使排气管内产生旋进涡核(PVC)现象,随着缝隙长度的增加,旋进涡核现象有所减弱,缝隙宽度的变化对旋进涡核现象影响较小;缝隙式排气管可有效抑制普通排气管中心处回流区的产生,并使普通排气管底部以及外旋流的湍流强度降低,从而减少排气管底部的短路流,提高分离效率.通过观察不同颗粒粒径的电石渣颗粒的运动轨迹,可知Lapple型旋风分离器与新型旋风分离器内部流场呈现出有利于固体颗粒分离的组合涡结构,排气管结构的改变并未影响分离腔的原始涡流结构.

排气芯管结构对导叶式旋风管内流场影响的数值模拟

利用数值模拟方法,对比分析分流型芯管(SVF)及锥形芯管(CVF)对导叶式旋风管内流场的影响规律。结果表明:分流型芯管具有分流作用,芯管侧缝面积与芯管下口面积之比为2.42时,54%的含尘气流在侧缝处经惯性分离后进入排气芯管;与未开缝的锥形芯管相比,分流型芯管能有效降低芯管下口的短路流量,降低芯管内气流旋转强度,使旋风管总压降降低32%。

基于流场控制的导向叶片式旋风管开缝面积比的优化设计

通过试验与数值模拟相结合的方法,研究了分流型芯管开缝面积比对导向叶片式旋风管内流场及性能的影响关系。研究发现,随着开缝面积比的增加,经芯管侧缝流走的气量Q1逐渐增加,但当开缝面积比大于2.9时,Q1呈现饱和状态;开缝面积比大于1.94时,短路流量保持在总进口流量的5%以下;分离空间内切向速度、轴向速度及向心径向速度随开缝面积比的增加而减小;旋风管内能耗随着开缝面积比的增加而减小。另外,内旋流区及排气管内的能耗受芯管开缝面积比的影响较大;芯管开缝面积比的最优范围为1.94-2.9。实验结果表明：入口流量为2380m3·s^-1,入口颗粒浓度为1g·m^-1的滑石粉,开缝面积比为2.42时,分流型芯管提高分离效率3%;入口为单相常温空气时,分流型芯管减低阻力系数近73%。

分流型芯管对导叶式旋风管内颗粒逃逸的控制

Experimental and computational fluid dynamics was used in this study to predict the escape particles and evaluate the performance of PSC type cyclone tube with slotted vortex finder.The simulation results showed that the PSC type cyclone tube could remove the particles with a diameter greater than 5 μm.The PSC type cyclone tube increased the grade efficiency of particles with a diameter greater than 2 μm as compared with the Shell type cyclone tube.Short circuit flow occurred around the vortex finder slots and there was almost no short circuit flow under the vortex finder inlet.Most small particles escaped from vortex finder slots of the PSC type cyclone tube.The slotted vortex finder could develop "upwards flow" near the vortex finder inlet outside wall and control the escape particles under the vortex finder inlet.The force analysis of particles near the slotted vortex finder slots showed that gas flow carried the particles with a diameter smaller than 3 μm out the separator.

导叶式旋风管入口环形空间内气相流场数值模拟

利用Fluent软件和雷诺应力模型(RSM)对装有分流型芯管的导叶式旋风管内部三维强旋湍流流动进行了数值模拟计算,尤其是将入口环形空间和芯管内的气相流场数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明,数值模拟值与实验值吻合较好。部分气流通过芯管上的细长开缝进入芯管,实现气体的分流,通过两股不同方向旋流的相互作用,使得芯管内气流的旋转速度降低。

分流型芯管开缝结构对导叶式旋风管分离性能的影响

通过改变分流型芯管开缝面积比和开缝位置研究了开缝结构对旋风管压降和不同粒径颗粒分离效率的影响。结果表明,侧壁开缝的分流型芯管能够有效地降低旋风管的压降并且提高不同粒径颗粒的分离效率;随着开缝面积比增大,旋风管压降降低,开缝面积比为3.0使5μm以上颗粒分离效率最高;分流型芯管下部开缝能够提高旋风管的操作弹性。

排气结构对导叶式旋风管内颗粒运动的影响

采用fluent软件对导叶式旋风管在不同排气芯管结构参数下的颗粒逃逸规律以及分离性能进行了数值模拟。结果表明,小颗粒在旋风管内逃逸位置主要集中在芯管侧缝、分离区和灰斗区;当芯管开缝面积比为1.936,下口直径、开缝高度分别为130、200mm时该旋风管的粒级效率最高。

PSC型旋风管组合结构参数对分离性能的影响

通过导叶式旋风管不同组合结构分离性能的对比实验,研究了排尘结构、排气芯管结构以及分离空间高度等结构参数对旋风管分离性能的影响规律。通过大量实验数据分析,绘制出旋风管不同组合结构的分离性能曲线,总结出不同结构参数变化对旋风管分离性能相应的影响规律。

出口结构对双蜗壳式旋风分离器内流场的影响

用智能七孔球探针测试仪对不同出口结构的双蜗壳式旋风分离器内不同位置的三维速度及压力进行测量，从而获得不同结构参数对流场的影响。实验结果表明，排尘锥结构具有一定的稳流作用，有利于分离器的分离；分流型芯管的开缝有分流的作用，降低了芯管内的气流旋转强度，使上下行流都有所减少，旋风管中心附近以及边壁附近的切向速度都有所减小；分流型芯管的特有的缩口结构使不同截面上的切向速度的最大值都有所增加，距离缩口越近增加越强烈。