旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟

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1、2008年第32卷中国石油大学学报(自然科学版)Vo.l32No.6第6期JournalofChinaUniversityofPetroleumDec.2008文章编号:1673-5005(2008)06-0109-04旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟金有海,姬广勤,曹晴云,王建军(中国石油大学机电工程学院,山东东营257061)摘要:采用雷诺应力模型对直切式旋风分离器内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了排气管内的气相流场特点及排气管直径对气相流场的影响。结果表明:排气管内气流旋转强度较高,轴向速度呈强剪切流特征,并且存在回流区,这些都是造成能量损失

2、的重要原因;减小排气管直径可以抑制短路流量,使旋风分离器整个空间内的切向速度增大,有利于颗粒分离,但同时压降增大。关键词:旋风分离器;排气管;气相流动;数值模拟中图分类号:TQ05118文献标识码:ANumericalsimulationofgas-phaseflowfieldinvortexfinderofcycloneseparatorsJINYou-ha,iJIGuang-qin,CAOQing-yun,WANGJian-jun(CollegeofMechanicalandElectronicEngineeringinChinaUniversityof

3、Petroleum,Dongying257061,China)Abstract:BasedonReynoldsstressmode,lthethree-dimensionalgas-phaseflowfiledincycloneseparatorwithtangentialinletwassimulated,andthecharacteristicsofgasflowfieldinthevortexfinderandtheinfluenceofthediameterofvortexfinderongas-phaseflowfieldwereespeciall

4、yanalyzed.Theresultsshowthathighgasswirlingintensity,shearflowcharac-teristicsoftheaxialvelocityandreverseflowarecontributedtotheenergylossinthevortexfinder.Whenthediameterofvor-texfinderdecreases,thedownwardflowdecreasesandthetangentialvelocitiesofthewholecycloneseparatorincrease,

5、butthepressuredropincreasesatthesametime.Keywords:cycloneseparators;vortexfinder;gasflow;numericalsimulation旋风分离器内是复杂的三维湍流流场,实验测同排气管直径对气相流场的影响规律,为优化旋风量困难,并且获得的实验数据有限。五孔球探针与分离器结构参数提供参考。热线风速仪为接触式测量方法,对流场有干扰;激光1几何和数学模型多普勒测速仪(LDV)与颗粒图像测速仪(PIV)的测量精度高,但在旋风分离器内离心力场中受示踪粒111几何模型与网格划分子的限制,测量

6、的难度大,成本高。目前随着计算流直切式旋风分离器的结构尺寸如图1所示。筒体力学(CFD)的发展和商用软件的应用普及,对强体直径为170mm,进气口尺寸为43mm@85mm,坐旋流动的模拟已经达到一定的精度。已有学者采用标原点取在旋风分离器顶盖的中心轴线上,向下为[1-2]多种湍流模型,如k-E模型、雷诺应力模型正。考虑到进气管与筒体连接处的尖锐程度,采取[3-5][6-7](RSM)和大涡模型研究旋风分离器内的流分区生成网格的办法。不同区域内分别采用了结构场,从模拟结果和目前的计算机水平看,以用RSM化和非结构化网格,网格节点数为33万个。模型为宜。笔者针对

7、直切式旋风分离器,采用FLU-112数学模型和边界条件ENT612流体计算软件提供的RSM模型对三维气相采用雷诺应力模型(RSM)模拟旋风分离器内流场进行数值模拟,分析排气管内流场特点,研究不非稳态不可压缩湍流流动,使用有限体积法建立离收稿日期:2008-01-26基金项目:国家/8630计划项目(2006AA06Z224)作者简介:金有海(1956-),男(汉族),安徽无为人,教授,博士生导师,从事气固分离技术研究。#110#中国石油大学学报(自然科学版)2008年12月散方程,采用QUICK差分格式和SIMPLE算法求解气,入口速度按实验值给定,即vi=

8、11147m/s。控制方程。(2)出口边界条件:按充