可用于MVR蒸发系统的气液分离器改进结构分析

针对常规气液分离器对微小液滴分离效率低的不足,提出一种可用于MVR蒸发系统的气液分离器结构,并采用数值模拟结合实验验证的方法对其分离特性进行研究。首先,利用数值模拟的方法分析了气液分离器内部流场和压力场,确定了影响分离效果最明显的位置,然后提出了在该位置加装不同数量3/4圆环形挡板的分离器结构。其次,模拟研究了此种新结构的分离效率和压降等分离特性以及挡板数量变化的影响规律。最后,通过实验验证的方法分析了数值模拟结果的可靠性和新结构的分离效果。研究结果表明：圆柱型筒体是影响分离器分离特性的关键部位,在气液分离器圆柱形筒体内部增加3/4环形挡板,能够增加物料切向运动的有效长度,降低物料的径向速度,从而显著提高微小液滴的分离效率,气液分离器整体压降却增加不多;而且随着环形挡板数量的增加,该结构气液分离器的分离效率和压降均明显提高。在本文计算条件下,加装3/4圆环形挡板的气液分离器结构,可以将直径在3 μm以下的液滴分离效率提高15%,而压降仅增加了200Pa。综合气液分离器效率和压降影响,加装两个3/4圆环形挡板的气液分离器性能最佳。     

基于离心与惯性作用的新型气固分离装置的结构

后置烧焦管出口的气固分离装置是实现后置烧焦管式组合再生工艺的关键设备之一. 在对气固分离机理系统分析的基础上,开发了一种基于离心与惯性协同作用机理的新型气固分离装置. 以滑石粉为物料,在相同实验条件下对9种不同结构尺寸的分离器的分离效率和压降进行了实验测定. 结果表明,不加挡板、不加折边、开缝宽度相同、无因次排气管径在0.50~0.55范围内的结构比较合理.     

下行床弧面气固快速分离器内颗粒运动

采用二维相位多普勒颗粒分析仪(PDPA)对下行床弧面气固快速分离器内颗粒相的流动进行了定量测量，得到了分离器内颗粒运动向量图、体积通量分布和粒径分布. 颗粒通过气固惯性的差别、弧面、挡板的碰撞导向和浓缩作用实现气固分离. 弧面附近颗粒体积通量有较宽的分布，但主要集中在靠近弧面处，对分离有利. 在横向气相曳力和湍流扩散的作用下，在弧面附近小颗粒向外围扩散，粒度分布逐渐形成双峰特征. 减小喷嘴宽度，可以减弱颗粒向外围扩散的程度，提高分离效率.     

一种新型气固分离装置结构的优化研究

在已有实验的基础上,结合大型冷模实验、流场实验和计算流体力学(CFD)模拟的结果,以压降和分离效率为综合评价指标,对后置烧焦管出口的气固分离器中心排气管位置(偏心)和中心排气管开缝形式进行了考察。结果表明,保持其它尺寸与基准型分离器一致而中心排气管改为切向开缝形式的分离器,既能保持分离效率不低于基准型分离器,又能降低压降,在实验条件下压降不超过1 900 Pa,分离效率大于98%     

天然气水合物提纯螺旋分离器性能数值模拟

针对海底浅层天然气水合物开采中产砂量大而造成管路堵塞、设备磨损的问题,基于固态流化开采方法,提出天然气水合物原位分离的思路,结合水合物混合浆体物性参数设计井下原位螺旋分离器,采用CFD-Fluent商业软件建立分析模型并进行模型正确性验证,考察了固相水合物体积浓度、固相砂体积浓度和入口流速对分离装置性能的影响。结果表明,研究范围内砂去除率和水合物回收率均约为80%,随水合物体积分数增大,砂去除率和水合物回收率变化非常小,分离器压降变化很小;随砂体积分数增大,砂去除率急剧降低,而水合物回收率急剧增加,压降急剧增大;随入口速度增加,砂去除率和水合物回收率不断增大,分离器压降不断增大。设计的螺旋分离器在水合物原位除砂提纯中性能优异,水合物饱和度对分离器性能影响不大,但粉砂浓度对分离器性能影响较明显,工程应用中需要重点考虑;入口速度对分离器分离性能起关键性作用,决定了分离器的处理能力,适当提高入口速度可一定程度提高分离器的分离效率。     

基于响应曲面法径向入口旋风分离器的结构优化

采用流体力学软件对不同结构径向入口旋风分离器的气固两相流场进行了数值模拟,并基于响应曲面法得到旋风分离器的压降模型及分离效率模型。结果表明升气管直径和入口角度对旋风分离器的分离性能影响较大,且两者对旋风分离器分离性能的影响有着很强的交互作用;直筒段高度、锥体高度及升气管插入深度对分离性能影响相对较弱;下降管直径对分离效率影响较大,但对压降影响较弱;随着下降管长度的增大,压降不断增大,分离效率先减小后增大;在考虑压降及分离效率权重的基础上,得到了最优性能的旋风分离器结构,通过比较该结构旋风分离器的分离性能,发现模拟值和模型预测值吻合良好。     

旋流板式气液分离器的放大规律

对旋流板式气液分离器在3种规模、18种旋流板结构下进行了模型实验研究，考察了旋流板结构参数(径向角、仰角和叶片数量)对分离效率和压降的影响，并建立了预测分离器压降的关联式，为旋流板结构参数的确定提供了依据. 工业应用的标定结果表明分离器压降预测式是准确的，它可用于工业气液分离器的放大设计.     

多层百页窗式挡板三相流化床中液相混合行为

采用脉冲应答技术测定了矩形气液固三相流化床反应器中液相混合时间和下降速度。考察了挡板结构、气液流量、固体浓度对床层液相混合行为的影响。实验结果表明，在床中设置挡板构件，对液体混合时间与液体下降速度的影响不明显。     

多层百叶窗式挡板对三相流化床中固体颗粒轴向分布的影响

针对作者开发的带有导管与多层百叶窗式挡板特殊构型的三相流化床反应器, 实验考察了百叶窗式挡板层数与挡板倾角构型参数、气体与浆液流量操作参数对床内固体颗粒轴向浓度分布及粒度分布的影响.实验结果表明, 百叶窗式挡板的层数是影响固体颗粒轴向浓度分布及粒度分布的主要因素,当百叶窗层数多于15层时, 挡板上下方分区明显.并就挡板影响颗粒分布的可能机制进行了分析讨论.     

基于OpenFOAM模拟二次风对旋风分离器性能的影响

基于开源软件OpenFOAM建立旋风分离器气固两相流数值计算模型,考察了二次风对旋风分离器性能的影响,比较了模拟结果与实验数据.结果表明,模拟结果与实验数据吻合度较好,压降和效率平均误差分别为9.89%和1.33%,模型可靠;二次风可有效削减二次流,减少上灰环和短路流,提高分离效率;二次风风速增加,旋风分离器的分级效率增加但增加速率逐渐降低.旋风分离器压降随二次风风速增加而增加,二次风入口速度达到15,25和30 m/s时,旋风分离器压降分别达到无二次风时压降的2,3和4倍,引入二次风同时应综合考虑能耗和效率.     

入口粉尘浓度对新型旋流-颗粒床耦合分离器特性的影响

通过大型冷模实验,考察了入口粉尘浓度对某连续操作新型旋流-颗粒床耦合分离器压降和除尘效率的影响特性。结果表明,入口粉尘浓度越大,达到平衡时分离器的压降越大,压降增速越快,入口粉尘浓度为59.13 g/m3时,分离器平衡压降最大为1.2 kPa;入口粉尘浓度越低,分离器分离效率越高。分离器颗粒床层内捕集颗粒含尘量与再生效率有关,再生尘源浓度越小,分离器压降达到平衡越快。当再生尘源浓度由58.18%降至23.67%,装置压降由1.5 kPa降至1.2 kPa;随着再生尘源浓度降低,分离器除尘效率略微下降。入口粉尘浓度和再生尘源浓度对分离器压降影响的结果一致,对分离器效率影响的结果不同。     

基于响应曲面法的旋风分离器结构优化

为了优化旋风分离器的分离效率和能量损耗,确定影响旋风分离器性能的主要结构参数,采用响应曲面模型和CFD数值模拟,以排尘口直径（D_d）、排气口直径（D_e）、入口速度（V）为设计变量,以压降和总分离效率为目标函数,进行三因素的优化设计分析。研究结果表明,排尘口直径对压降和分离效率影响不大,排气口直径与速度对压降和分离效率影响显著,且排气口直径与速度的交互作用明显。针对本次0.5～10 μm的颗粒群,推荐最优参数组合是D_e/D=0.35、D_d/D=0.37、V=12 m/s。与实验的结构相比,在相近的分离效率情况下,压降降低了一半,有效地减少了能耗。表明所建立的响应曲面模型能够较精确地表示设计变量与目标函数之间的关系,基于响应曲面模型的优化设计方法可以有效用于旋风分离器的结构优化。同时不同的粒径要求可以采用不同的结构进行除尘,在达到分离要求的前提下,采用最小压降的结构,本次研究为分离0.5～10 μm粒径的结构提供有利的依据。     

天然气净化用多管旋风分离器的分离性能

为了系统评价天然气净化用多管旋风分离器的分离性能,在线测量了入口气速6~24 m/s、入口颗粒浓度30~2000 mg/m3范围内多管旋风分离器的分离效率和分级效率. 结果表明,多管旋风分离器的分离效率和分级效率都随入口气速和入口颗粒浓度增大而提高. 与单管旋风分离器相比,在相同实验条件下,多管旋风分离器的分离效率下降2%~15%;单管旋风分离器基本能除净粒径大于10 mm的颗粒,而多管旋风分离器只能去除15 mm以上的颗粒. 多管旋风分离器的压降主要是内部单管旋风分离器的压降,占整个压降的80%~90%.     

输气站场多管旋风分离器流场分析

为了系统评价输气站场用多管导叶式旋风分离器的分离性能,模拟计算了入口速度7~27 m/s、颗粒密度1000~5000 kg/m3、颗粒浓度2.5~2500 g/m3、操作压力1~5 MPa条件下21管旋风分离器的分离效率和压降. 结果表明,多管旋风分离器的压降主要来自单管压降,约占整个压降的80%~90%,旋风子单独使用和并联使用时其流场分布规律相同,沿轴向对称分布,中心涡核处压力最低;分离效率和压降均随入口速度增大而增加,粒径为1~10 mm的固体颗粒分离效率从30.57%增加到63.86%,压降从9053 Pa增加到116864 Pa,在入口速度7~27 m/s范围内基本能除尽粒径大于6 mm的颗粒;随颗粒密度增加,分离效率增大,压降几乎不变;操作压力增大分离效率降低,而压降略增加. 各单管间进气量波动均不超过5%.     

惯性分离装置的性能分析及结构优化

通过搭建惯性分离装置测试平台，结合相关检测设备的数据采集，进行某型惯性除雾器的性能分析。实验发现，两通道折流惯性分离装置的分离效率与液滴直径成正比。对于微小粒径5～10μm的液滴分离效果不佳，风速对分离效率的影响不大。对于30μm以上的液滴分离效果较好，效率整体超过80%。系统进出口压降损失方面，粒径的变化相对于整个装置可以近似忽略，不同粒径条件下压降曲线变化基本相同，风速是压降变化的主要影响变量。为突破小粒径液滴分离效果不佳的限制，分别从板间距、底面高度及板型等方面入手，分析不同尺寸参数条件下分离效率与压降的变化规律。计算结果表明，板间距数值越大，分离效率越低，系统压降越小；底面高度与效率变化并不是总体相关，存在波动并呈现局部相关性；高度增加到30mm时达到最佳，系统压降也较小；通道级数越多，分离效率越高，但压降增加较大；流线型壁面分离效果较好，控制压降的能力也较强。     

Numerical simulation of effect of inlet configuration on square cyclone separator performance

This paper presents a numerical study of the gas-solid flow in square cyclone separators with three types of inlet configuration. Three-dimensional Reynolds Stress Model (RSM) was used to simulate the turbulent flow of gas phase and a Lagrangian equation was used to simulate the particle motion. The resulting velocity, separation efficiency and pressure drops were verified by comparison with measured data. The effect of inlet configurations on the turbulent dynamics in the cyclone and the separation efficiency and pressure drop was analyzed. Results showed that inlet configurations influenced the turbulent dynamics in the cyclone and led to different pressure drop and separation efficiency. The separator with double declining inlets (DDI) had the minimum pressure drop and similar efficiency to the separator with double normal inlets (DNI). The separator with single normal inlet (SNI) had the best separation efficiency and the maximum pressure drop. When a baffle was installed in the inlet of separator SNI, the pressure drop increased by about 191% and 34% for the separator with a straight (SNI-1) and curved (SNI-2) baffle respectively on the basis of the pressure drop of separator SNI. The cut and critical diameter of particles were 2 μm and 14 μm for separator SNI-1 and 4 μm and 14 μm for separator SNI-2, while they were 8 μm and 30 μm for separator SNI at the same inlet conditions.     

旋流板除尘器

本文提出了一种新型干式除尘装置——旋流板除尘器,其特点是除尘效率较高而压降低。经对直径300mm的除尘器作试验测定,用于除去200目以上的尘灰,效率达99%以上,压降不超过10mmH_2O。同时,由于这种除尘器结构合理,用于流化床可不必在返料腿上设置密封装置。现已投入试用的除尘器最大直径为1400mm。 本文还推导了除尘器临界粒径和结构参数之间的关系式,介绍了分级效率计算式。     

环流预汽提组合旋流快分系统分离性能的实验研究

针对新型旋流快分器与密相环流预汽提器的优良特性,将两者耦合成一套完整的快分系统. 通过大型冷模实验,研究了该快分系统的分离特性,并考察了操作条件对系统快分效率及快分压降的影响规律. 结果表明,该系统能较好地实现气固高效分离,具有较大的操作弹性和优良的操作稳定性,冷态下分离效率在98.5%以上,最高可达99.93%,快分压降分布合理. 根据实验结果,得到该系统分离效率及压降的经验模型,计算值与实验值吻合较好.