组合旋转分离器模型机数值模拟研究

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组合旋转分离器,简称组合机,是一种新型的气固分离装置,主要包括离心叶轮和分离筒体两个部分,通过离心叶轮的旋转,对气体做功,并且赋予颗粒巨大的离心力,从而同时具有高效分离和气体输运两大功能。但是由于结构过于复杂,其中结构参数的数量较多,暂时还没有完善的理论和设计方法来指导组合机的设计,需要大量的实验探索才能建立设计理论。为了避免实验的盲目以及减少实验的工作量,本文试图通过数值模拟的方法对组合旋转分离器模型机内气固两相流场进行研究,包括内部流场情况、分离性能等;并针对分离筒体部分进行模拟,研究其压降与操作参数和结构参数的关系。主要内容和结论如下:(1)通过对不同计算方案的对比,确定了一种适合于组合旋转分离器流场的模拟方法:动静交界面处理采用滑移面法,湍流模型采用雷诺应力模型,离散格式采用QUICK格式,压力插补格式采用PRESTO!格式。(2)通过对组合旋转分离器模型机气相流场模拟研究发现,离心叶轮中竖直叶片段存在轴向涡流,降低了叶轮的效率和全压。分离筒体内流场比较对称,分为内外涡流:内部为向上的准强制涡,利于将颗粒甩向壁面;外部为向下的准自由涡,将颗粒带入灰斗而实现分离。另外,模型机分离筒体压降过大,离心叶轮全压过小,无法实现气体输运功能,需要在结构上进行改进。(3)采用随机轨道模型对模型机内颗粒相进行模拟,结果显示组合旋转分离器对超细颗粒具有较强的分离能力。(4)通过对分离筒体的数值模拟发现,分离筒体压降p2与入口的轴向速度v a和切向速度vt存在一定的关系,可以用p2v222.6986v t31.539a来表示;另外,分离筒体压降及其内部切向速度随升气管直径的增大而减少。
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