现有研究表明旋风除尘器内二次涡的存在会对内外旋流产生扰动,引起流场的剧烈湍动,造成“上灰环”、“短路流”、“二次扬尘”和“颗粒夹带”等现象出现,影响超细颗粒的分离。本文采用建模软件Gambit进行扩散式旋风除尘器的三维建模,利用流场模拟软件Fluent对除尘器内部流场进行数值模拟,研究除尘器内的流场特性与颗粒运动轨迹;针对除尘器流场内二次涡的不稳定运动情况,依据3种旋风除尘器流场模拟计算结果,利用扩散式旋风除尘器优点,构思了一种带扩散段并设置导流板、反射屏和稳流装置的新型除尘器,并进行数值模拟与流场分析;对除尘器的总分离效率、粒级分离效率与压降等指标进行了实验测定,具体工作包括:(1)考察了Stairmand型旋风除尘器、扩散式旋风除尘器和环流式旋风除尘器结构对二次涡的影响,模拟结果表明:环流式旋风除尘器的内部导流件有效降低了“上灰环”和“短路流”,筒体上部及排气管附近二次涡的速度、湍动强度和涡流尺度均降低;扩散式旋风除尘器的导流件对于降低“二次扬尘”、“颗粒夹带”效果显著,排尘口附近二次涡速度、湍动强度和涡流尺度均降低;旋风除尘器内合理的增设内部构件在一定程度上削弱了二次涡的影响,使流场更加稳定,有效缓解了常规旋风中存在的“上灰环”、“短路流”、“二次扬尘”和“颗粒夹带”的问题。(2)考察了增设导流板和稳流装置对扩散式旋风除尘器流场的影响。模拟结果表明:导流板避免了筒体顶部纵向涡流的产生,消除了上灰环,新型结构筒体顶部湍流强度由扩散式旋风除尘器的1.85%降低为1.42%;在锥体处,稳流装置缓解了能耗高、内旋流紊乱、灰斗返混等问题,且切向速度的对称性较好,与扩散式旋风除尘器相比,新型结构排尘口处最大湍流强度降低了38%左右。新型结构内不同截面处的静压差和湍流强度均显著降低,与扩散式旋风除尘器相比,新型结构静压差降低27%左右,最大湍流强度降低43%左右。考察了反射屏与内筒间距对除尘器的影响,对不同模型的切向速度、压降和湍流强度进行分析得出,反射屏与内筒之间的距离为0.75D时,旋风除尘器的性能最优。(3)引入离散型的DPM模型,考察了固体颗粒在扩散式旋风除尘器与新型扩散式旋风除尘器内的运动行为。模拟结果表明:超细颗粒所受到的离心力较小,在流体湍流运动影响下,运动轨迹具有较强的随机性。筒体处的导流板避免了固体颗粒在顶盖附近旋转,消除了上灰环的形成。在锥体处,由于增设稳流装置,固体颗粒在反射屏下的旋转圈数显著增加,使固体颗粒在旋风除尘器内具有充分的沉降时间。(4)通过实验考察了新型扩散式旋风除尘器的性能,结果表明:新型结构总分离效率在较宽的速度范围内都具有良好的稳定性,且总分离效率随着进口气速的增加逐渐增大。新型结构在进口气速为18m/s的条件下,对粒径为2?m的颗粒分级效率达到85%,对粒径为5?m的颗粒分级效率达到90%。当进口气速为19m/s时,总分离效率最高,可达92.1%。