旋风分离器尺寸模化的气相流场的数值研究

• 作 者: 李东峰
• 机 构: 中国石油大学(北京)
• 出 处: 中国石油大学(北京)
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 旋风分离器 气相流场 数值模拟 尺寸效应 工艺参数

旋风分离器是一种工业上广泛使用的气固分离设备。但对于大型旋风分离器的研究受到实验条件的限制,认识尚不清晰,影响了其放大设计和应用。为此本文采用FLUENT流体力学计算软件,利用RSM模型进行旋风分离器的流场计算,探索尺寸模化和流场相似的规律。　　
首先通过改变旋风分离器入口速度和直径尺寸,分析无量纲切向速度的相似性。模拟结果表明入口速度和尺寸变化对旋风分离器无量纲速度分布有一定的影响,无量纲切向速度不保持恒定,而是随入口速度和直径的增加而增大,不具有严格的归一性。只有两个旋风分离器的直径D＞2000mm,或入口速度Vi＞20m/s后,两者的无量纲切向速度开始保持一致,表明流场进入了自模区。　　
然后借助管流和绕球流动的阻力系数分析方法,考察了旋风分离器的压降。旋风分离器的压降是由局部阻力损失产生的压降和黏性摩擦损失产生的压降两部分构成。在雷诺数较小的情况下(入口速度低、直径尺寸小),黏性阻力损失所占比例较大,欧拉数较大;随着雷诺数增大(入口速度大、直径尺寸大),黏性阻力损失占总损失的比例变小,局部阻力损失逐渐占据主导地位,欧拉数逐渐减小并趋于恒定,欧拉数Eu与雷诺数Re不相关,表明流场进入自模区,流场开始自行相似。旋风分离器进入自模区的过程是逐渐发展的,流场的自模也是近似的,不是完全绝对的。　　
最后,提出了包含特征尺寸D在内的旋风分离器的修正压降计算方法。研究结论为旋风分离器的放大设计和应用提供了理论依据。