筒锥型旋风分离器结构尺寸优化设计研究

• 作 者: 袁怡
• 出 处: 中国石油大学（北京）
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 旋风分离器 分离模型 压降模型 结构尺寸优化

“高效低阻”一直是旋风分离器设计追求的目标。目前旋风分离器结构尺寸设计多为经验型和半经验型设计,存在技术经济性能不理想,通用性差等问题。利用优化设计的思想来改进分离器结构尺寸的设计,通过建立完善的优化模型,借助于计算机迭代计算求解出最佳结构设计尺寸,从而可以提高设计效率和质量。本文采用理论计算和试验验证相结合的方法,对筒锥型旋风分离器结构尺寸优化设计进行研究,研究内容和结论如下:对旋风分离器的分离模型和压降模型的适用性进行分析评价,结果表明:Zhao效率计算模型和Stairmand压降计算模型的预测结果与试验数据吻合较好。用高翠芝建立的机理性模型代替Alexander归纳的经验模型计算自然旋风长,用陈建义建立的基于相似准数的关联式计算壁面切向速度,对Zhao效率计算模型进行修正,提高了其预测精度。利用因次分析方法,在Stairmand压降模型的基础上,引入修正系数与雷诺数,得到了较准确和适用的压降系数计算式。将优化理论和性能计算方法相结合,建立起包含设计变量、目标函数及约束条件在内的旋风分离器优化设计模型,并借助EXCEL规划求解工具,求解此数学模型,得出符合设计要求的优化尺寸。从理论模型计算、CFD数值模拟和试验三方面对优化型和传统Stairmand高效型旋风分离器的效率及压降进行对比验证。结果表明,本文设计的优化型旋风分离器的分离性能优于Stairmand高效型旋风分离器,满足工业应用中“高效低阻”的设计要求。