旋风分离器是一种非常有效的粉尘分离设备,因其具有结构简单、制造成本低、维护方便等优点,被广泛应用于冶金、石油、煤炭、环保、粉体等诸多领域。虽然旋风分离器的结构简单,但是其除尘过程中筒体内部的气粒两相流动非常复杂,尚未有成熟的理论能完全解释旋风分离器内部的流动状态和颗粒的分离机理。现在常用的旋风分离器对于直径大于10μm的颗粒分离效率已经很高,然而对于小于5μm的颗粒分离能力还是不如人意。故需要改进优化分离器的各项参数,提高其分离效率;实验法有投入资金大,消耗时间长等缺点,因而近年来越来越多的研究开始选择用数值计算的方法对旋风分离器进行模拟分析并优化。本文利用CFD技术,使用ANSYS ICEM—CFD、Fluent等软件对旋风分离器内部的气相流场,气粒两相流场进行了数值计算,模拟了气体的流动以及颗粒的分离过程,具体内容为:一、通过对旋风分离器的结构特点进行分析,建立了旋风分离器的三维模型,并对其划分网格,设置边界条件;通过对不同模拟方法所得结果的对比,得出了最适合于旋风分离器的数值模拟方法:湍流模型选用雷诺应力模型、离散格式选用二阶离散格式、近壁面处理方法选用非平衡的壁面函数法。二、对旋风分离器内的气相流场进行了数值模拟,得到了分离器内部的具体流动状态:旋风分离器内部速度分布为双层旋转流结构,外部为下行涡流,内部为上行涡流,且在双层涡交界处的速度值最大;分离器内部的压力场特点是中心处压力低,两边压力高,这是排气管下口出现短路流的最主要原因;旋风分离器内部的湍流结构显示,其内部的湍流脉动十分强烈,表现出强烈的各向异性,因此雷诺应力模型较涡粘性模式适用于模拟此流动。三、对旋风分离器内的气粒两相流进行了数值模拟,观察了不同粒径的颗粒及颗粒组的运动轨迹特点:大粒径比小粒径的颗粒更容易被分离出来,且入口处颗粒入射位置的不同对颗粒的运动轨迹也有很大的影响。四、模拟分析了不同旋风分离器进口气速、排气管直径、排气管插入深度、圆柱段长度等各项参数对旋风分离器性能的影响:①旋风分离器的压力损失随着入口气流速度及排气管插入深度的增大而增大,随排气口直径及圆柱段长度的增大而减小。②旋风分离器对颗粒的分离效率随着进口速度及排气管插入深度的增大而增大,随着排气口直径及圆柱段的长度的增加增大呈现先增加后减的趋势。本文通过以上的研究,为进一步分析旋风分离器内部流动状态,提高其各项性能奠定了一定的基础。