旋风分离器是一种利用气固两相流体的旋转运动,使固体颗粒在离心力的作用下从气流中分离出来的设备,是循环流化床锅炉得以连续稳定运行的关键部件,在工业生产过程中得到了广泛应用。本文综述了发展循环流化床锅炉的重要性和旋风分离器在循环流化床锅炉中的作用,分析了目前旋风分离器在设计、理论和实验研究、湍流模型等方面的研究进展,指出数值模拟是研究旋风分离器内流动的一个重要手段。采用不同湍流模型以及不同的差分格式和压力差补格式进行数值计算,并与实验结果进行了对比,最终确定数值模拟的计算方法。介绍了贴体坐标系下计算域网格的划分、边界条件的设置。分别以两种不同的进气条件,对旋风分离器内气体的流动进行了数值模拟。本文利用商业软件FLUENT6.1.22对传统单入口旋风分离器和新型旋风分离器——直切双入口旋风分离器的气相流场进行了数值模拟。对两种旋风分离器的气相流场分布、压降分布、流量与压降的关系、湍动能及其耗散、分离空间各种二次涡流等进行了比较性研究。通过本文的数值研究结果,主要得到了如下结论:(1)对于旋风分离器内部复杂流场的模拟,在高质量网格前提条件下,采用基于各向异性的湍流雷诺应力模型(RSM),并相应采用QUICK差分格式和PRESTO压力差补格式,可以获得较理想的模拟结果。(2)旋风分离器内主流是双层旋流,外部是向下旋转的外旋流,中心是向上旋转的内旋流,且旋转方向相同。由模拟结果可知单入口结构形式易造成气流轴不对称,涡核偏心,芯管短路气流较大;而直切双入口结构形式涡核变形较小,在过Z轴直径上有较好的对称性,芯管短路流量较小,因此有利于提高除尘效率。(3)对比了单、双入口旋风分离器的阻力特性,得出双入口结构的旋风分离器压力场呈准轴对称性,有利于提高分离效率和降低压力损失。(4)在单入口分离器顶板附近有二次涡的存在,在排气管近壁处有局部二次涡,局部二次涡的尺度比较小而且沿周向有变化,呈现非轴对称分布。对直切双入口新型旋风分离器气相流场的数值模拟表明,在相同的处理气量下,这种二次涡流有所减少,流动对称性很好,有利于旋风分离器的气固两相分离。通过本文的研究表明,直切双入口旋风分离器在流场结构、分离性能和压降方面都优于传统单入口分离器。因此,直切双入口分离器作为旋风分离器一个新的结构形式具有重要的工程研究和发展价值。