RSM与LES模拟旋风分离器流场动态特性的对比分析

为评价雷诺应力模型(RSM)与大涡模拟(LES)两种方法计算旋风分离器动态流场的精度,利用FLUENT14对旋风分离器内气相动态流场特性进行数值模拟及分析,考察了两种方法计算得到的瞬时切向速度分布、切向速度脉动强度及切向速度频谱特性。计算结果与热线风速仪(HWA,Hot-wire anemometer)测量的切向速度数据进行无量纲对比表明,在时均切向速度上,LES的模拟结果比RSM的准确性高;在瞬时切向速度上,LES预测的瞬时切向速度可以反映旋流摆动造成的切向速度的波动特性,呈现出接近实验测量值的高频速度脉动变化;而RSM难以预测瞬时切向速度的波动变化,仅给出低频小幅值的波动。因此采用LES预测旋风分离器流场能够捕捉动态信息,揭示流场的动态特性。

旋风分离器有无灰斗对气相流场动态特性的影响

旋风分离器底端的排尘口依据气固分离工艺的要求分别采用有灰斗或无灰斗结构。但灰斗是否存在对旋风分离器内部流场影响的研究尚显不足。为此,采用热线风速仪对排尘口有灰斗和无灰斗的旋风分离器气相流场的切向速度进行了测量。结果表明旋风分离器内旋转流具有较强的不稳定性,表现为瞬时切向的速度低频高幅值波动变化。灰斗的存在进一步导致了排尘口附近瞬时切向速度的强烈波动。通过对瞬时切向速度的频谱分析表明,有灰斗结构的旋风分离器瞬时切向速度有2个主频,分别是存在于整个空间的全空间主频和出现在锥体下端排尘口附近区域的局部主频。无灰斗结构的旋风分离器仅有1个全空间主频。全空间主频是气体旋流中心围绕旋风分离器几何中心摆动造成的,而局部主频是灰斗气体回流造成的。灰斗气体回流主频与全空间旋转流摆动的主频叠加形成了锥体下端排尘口附近区域瞬时切向速度的2个主频。

旋风分离器内流场的大涡模拟研究进展

介绍了大涡模拟的数学模型,总结了亚格子模型、求解方式的选取和大涡模拟所使用的计算机硬件条件、网格数量,着重讨论了大涡模拟在旋风分离器流场时均特性、动态特性和主要性能预测方面的研究进展。结果表明:大涡模拟相对其他湍流模型的计算精度有很大提高,并且可以合理预测旋风分离器内复杂的不稳定流场,尤其在动态特性方面具有较高的准确性。

催化裂化装置提升管内剂油比实时检测方法的研究

为了控制催化裂化装置(FCCU)提升管内油气流率与催化裂化反应的深度,需要对提升管内剂油比进行实时检测和调节。针对FCCU提升管出口T型弯头结构,提出了一种基于T型弯头压降与颗粒质量流率关系进行提升管内剂油比的检测方法。该检测方法不改变提升管结构,直接利用T型弯头的阻力特性,测量过程安全简单;通过试验装置进行考察的结果表明,该检测方法具有可行性和测量数据的可信性。

窜气对旋风分离器流场动态特性的影响

料腿向上窜气是旋风分离器操作中的常见现象,不仅会对流场造成扰动,而且导致颗粒返混进而影响分离效率。为了探究窜气对动态流场的影响规律和机理,本文以PV型旋风分离器为研究对象,使用HWA测量速度流场的基础数据进行对比分析,采用Reynolds应力输送模型对料腿在不同窜气率下的压力流场进行数值模拟,初步探讨了窜气率对于压力波动的影响机理。结果表明,当入口速为15 m/s时,随着窜气率的增加,压力波动的幅值逐渐增大,当窜气率超过52%后压力波动强度开始下降。利用FFT对压力波动信号进行频谱分析表明旋风分离器内存在2个不同的主频,主频1为7Hz的低频,来源于向上窜气造成的压力波动;主频2为78.3Hz的高频,来源于旋涡尾端摆动。

旋风分离器内涡核摆动的特性研究

涡核摆动是旋风分离器流体运动的一种非稳定现象,会对流场造成扰动,导致颗粒返混进而影响分离效率.为了探究涡核摆动的规律和机理,本文对单入口蜗壳式旋风分离器内的流场进行研究,运用PDPA测量流场的基本数据,采用Reynolds应力输运模型对其流动进行数值模拟,并定义旋流不稳定性指数TⅡ来分析流动的不稳定性.结果表明,截面Z/D=0.71上瞬时切向速度波动经Fourier变换后,存在一个集中分布的频率,此频率由涡核摆动导致,而且数值模拟结果与实验测量数据吻合较好。通过对涡核中心的运动轨迹分析,发现在整个旋风分离器空间内部都存在涡核摆动现象;在同一时刻,各个截面的涡核中心偏离几何中心的情况并不相同,涡核区域也不一致;各个截面的涡核中心的连线并不在一个平面或者直线上,而是摆动的。此外,分析TⅡ曲线发现气流从不对称的入口结构进入旋风分离器内部,涡核中心开始偏离几何中心,不稳定性逐渐扩大;随着旋流运动向下,入口结构不对称对旋流的影响变小,不稳定性又逐渐减小;流动最终在Z/D=8之后趋于稳定.