紧凑型气浮装置油水预分离区结构选型的数值研究

采用计算流体软件Fluent对4种不同预分离区结构的紧凑型气浮装置(CFU)的油水分离性能进行了数值研究. 在建立稳定可靠计算模型的基础上,分析了给定设计流量和入口含油率情况下4种预分离区结构型式的除油率及油相分布情况,并研究了入口处理量和含油率变化对CFU除油率的影响. 结果表明,同种预分离区结构型式下除油率与处理量和入口含油量有关,处理量给定时,除油率随入口含油率增加而增大,入口含油率给定时,除油率随处理量增加而降低;在设计流量4 m3/h和入口含油率2000 mg/L条件下,中心柱锥通筒喇叭口朝上结构的综合除油性能最好,除油率达87.13%,且具有较大的操作弹性.     

基于BP神经网络和CFD数值模拟的气旋浮罐结构优化及性能预测

采用CFD模拟和BP神经网络结合的方法,对BIPTCFU-III型气旋浮装置主体设备气旋浮罐的入口管径、环形缝隙宽度、高径比和稳流筒直径等主要结构参数进行了优化,研究了结构参数对分离效率的影响.结果表明,优化后气旋浮罐分离效率从81.07%提升至92.82%,预测值与模拟值的偏差仅为1.15%;增大稳流筒直径、提高高径比、增大入口管径和减小环形缝隙宽度有利于强化油水两相的运移和分离过程,提高分离效率.     

气液旋流分离器进口宽高比优化的数值模拟

利用FLUENT提供的RSM和DPM模型对不同入口高度和宽度的气液旋流分离器进行了数值模拟. 结果显示,当增大宽度或高度时切向速度与分离效率减小,但压降降低;当宽度大于环形空间的间隙时,部分进气流量直接作用于排气管上,影响内部流场;减小入口宽度或高度时引起的压降无明显差别,但减小宽度可提高分离效率而高度则相反. 入口高度(a)与分离器筒体直径(D)的比值a/D和宽度(b)与分离器筒体直径(D)的比值b/D约为0.2时,压降基本相同,但分离效率相差约3.6%. a/D约为0.38时,分离效率约为95.6%,压降约为340 Pa;而b/D约为0.25时效率为96.3%,压降约为320 Pa,入口宽度对分离器性能的影响比入口高度更显著.     

直流导叶式旋风管性能的数值模拟研究

应用fluent6.3软件,RNG k-ε模型,对直流导叶式旋风管流场进行数值模拟,分析了装置的压降特性;应用欧拉-拉格朗日2相流思想,通过离散颗粒模型（DPM）模型,对装置在不同颗粒粒径下的分离效率进行了模拟.结果表明,直流导叶式旋风管压降和分离效率的影响因素主要包括气流进口流速和装置结构参数2方面.随着进口流速的增大,装置压降增大,分离效果显著提高;对于装置结构,则分剐研究了进口包括导流叶片偏转角及个数,分离段长度和排气管入口结构包括内径、插入深度及形状,得到部分结论为：增大导叶偏转角或增大分离段长度,压降增大,分离效果提高;增大排气管入口内径,压降减少,分离效果减弱;随着直筒、锥形、直筒＋锥形改变,压降逐渐减小.数值模拟结果与实验结果有较好的一致性,因此,数值模拟对于设计过程中压降和分离效果的预测起到了较好作用.     

中空纤维式渗透汽化膜内流动的CFD模拟

采用计算流体动力学(CFD)数值模拟软件研究了入口速度和管径对中空纤维式渗透汽化膜内流动特征及分离性能的影响.结果表明,膜通道内压降和壁面剪切应力与入口速度呈正相关,与管径呈反相关;分离性能随着入口速度的增大,呈现先增大后减小的趋势;管径越小,分离性能越高.     

聚结破碎模型在水力旋流器模拟中的应用与对比

为研究不同聚结破碎模型对油水分离水力旋流器内油滴粒径分布特性的影响,以双锥式水力旋流器为研究对象,采用计算流体动力学方法加载群体平衡模型,开展12种不同聚结破碎模型组合方案的数值模拟研究。通过开展室内分离性能及粒度分析实验对不同方案模拟结果进行筛选及验证。结果表明:luo聚结与luo破碎组合模拟得出的旋流器底流口油滴粒径体积分数最高在320μm处,占比为45%,与实验结果最接近,说明采用luo-luo组合模型模拟旋流器内油滴的聚结破碎特性较准确。旋流器内油滴粒径值由轴心到边壁呈环形对称的减小趋势,而湍动能变化呈环形对称的增大趋势;不同操作参数条件下luo-luo组合方案的质量效率模拟结果与实验值呈现出较好的一致性,均随入口处理量与溢流分流比的增大先升高后降低,且在处理量为5.23 m~3/h,分流比为30%时,质量效率达到最大值94.6%。     

基于热载体焓(火用）为判据的环冷机热工参数仿真优化

以某冷却面积为405 m²的环冷机为研究对象,基于多孔介质和局部非热力学平衡理论,建立了环冷机二维稳态数值计算模型。借助COMSOL软件的自定义函数功能,将环冷台车沿运行方向的移动速度定义到数值模型中,研究并分析影响烧结矿余热回收的主要因素及其影响规律。以环冷机出口冷却空气的焓(火用）作为参数优化指标,并采用正交试验设计方法,得出环冷机一二段适宜的操作参数组合。结果表明：当其他操作参数不变时,随着入口风速的增加,出口冷却空气所携带的焓(火用）呈现先增大后减小的趋势。环冷机一二段适宜的操作参数为：冷却空气进口标况流量8.3×10⁵ m³·h^-1、料层高度1.6 m和进口风温424 K,此工况下出口热载体焓(火用）值比现有实际工况的提高了11.09%。     

导叶式液液旋流器内油相浓度分布数值模拟

采用雷诺应力模型（RSM）和双流体模型对导叶式液液旋流器内的油相浓度分布进行数值模拟,考察了操作参数、物性参数和空气柱对油相浓度分布的影响,将模拟所得分离效率与实验结果进行对比,可靠性得到验证。结果表明：油水两相流场中,油相浓度随径向位置的增大而减小,随轴向位置的减小而减小;结合Stokes定律分析,发现在入口流速增大、油水密度差增大和入口油相浓度增大时,油相更易向轴心处聚集由溢流口排出,有助于提高分离效果;空气柱的存在从根本上改变了旋流器内原有油水两相的浓度分布规律。     

基于CFD数值模拟的换热器外导流筒优化设计

基于计算流体力学方法,模拟了换热器外导流筒结构参数入口倾角θ、内筒高端间隙L和导流筒高度H对壳程纵截面和入口截面流场流动均匀性的影响.结果表明,改变影响流通面积的结构参数θ,L,H,能改善介质进入壳程后流场分布的均匀性,优化参数为θ=9°~15°,L=105~110 mm,H=204~212 mm.     

颗粒负荷对小型旋风器性能影响的模拟分析

为探究颗粒负荷对小型旋风器内气固两相流动的影响，基于雷诺应力模型（RSM）和欧拉-欧拉方法的混合流模型（Mixture）进行气体-颗粒、颗粒-颗粒的相间耦合计算。采用粒径为0.5～5μm的颗粒组在40L/min、60L/min和80L/min的入口流量下模拟0~3kg/m³的5种不同颗粒浓度工况，通过对比旋风器内纯气相流场和颗粒负荷流场的不同，研究了颗粒的存在对流场的影响；探究了入口流量和浓度变化对旋风器内分离效率和压降特性的影响。基于模型有效性验证的数值模拟结果表明：较高颗粒浓度负荷使旋风器内的气相流场发生显著变化。随着入口流量的增大，旋风器的分离效率先增大后减小，压降呈非线性增大。随着颗粒浓度的增大，旋风器的分离效率逐渐增大，压降先减小后增大。     

环流浮选塔用于含油污水处理的实验研究

以空气/含柴油污水为模拟介质体系,在环流浮选塔(外筒体内径100 mm,高932 mm;导流筒内径59 mm,高780 mm)上考察了操作气速、液相流量及浮选塔上部空间填料设置对油-水分离效率的影响. 结果表明,分离效率随操作气速增大先增后降,随液体流量增大而降低;与传统空筒式浮选塔相比,环流浮选塔的分离效率比常规空筒式浮选塔有显著提高. 实验确定的最佳操作气速为0.015~0.02 m/s,最佳液相流量为20 L/h,在环流浮选塔上部设置填料的情况下,油-水分离效率最高可达57.3%. 基于实验数据建立了涉及气泡特性、液相物性、气液相流量及油滴返混影响因素在内的分离效率的经验模型,与实验值吻合较好.     

基于仿真的硫化机液压系统设计

假定液压硫化机的负载为200 kN,设计的硫化机液压系统合模缸活塞直径和活塞杆直径分别为320和220 mm,上模缸活塞直径和活塞杆直径分别为100和70 mm,压力油管内径为12 mm,吸油管内径为25 mm,油箱容积为160 L.采用液压系统建模与仿真软件AMESim进行额定工况的建模仿真,结果表明,所设计的液压系统具有足够的合模力,达到了设计要求.     

旋风分离器分离性能的数值模拟与分析

以XLPB-5.0和XCX-5.0两种旋风分离器为原型,采用CFD软件对这两种旋风分离器进行了流场与分离效率的数值模拟,初步探讨了入口蜗壳形式与芯管结构对分离效率的影响。模拟结果显示:旋风分离器内流场呈各向异性分布特点,切向速度是影响分离效率的首要因素,径向速度的存在会造成"流场短路"现象,使轴向速度呈不对称分布,导致分离效率的降低。轴向速度与径向速度的共同作用促使颗粒在旋风分离器内做螺旋运动;XLPB-5.0和XCX-5.0的分离效率分别为92.55%和94.96%,与实验结果基本吻合,且不同芯管参数下XCX型的分离效率比XLPB型高;螺旋式入口蜗壳(XCX-5.0型)对旋风分离器上部流场的影响相比直流式入口蜗壳(XLPB-5.0型)复杂;对于两种旋风分离器,随着芯管直径的增大,分离效率逐渐变小;随着芯管深度的增大,分离效率先增大后减小。     

旋流气浮中气泡-颗粒碰撞效率影响因素理论分析

在旋流气浮接触区碰撞模型基础上,通过理论计算考察了物性、运行和结构参数对分散相颗粒/油滴与气泡碰撞效率的影响. 结果表明,物性参数中的分散相粒径与密度、运行参数中气泡直径与切向速度和结构参数中等效旋流直径对碰撞效率影响较大. 在旋流气浮工艺中,碰撞效率随分散相粒径增大而增大,但随气泡直径和分散相颗粒/油滴密度增大而减小;分散相粒径小于0.02 mm时,碰撞效率随切向速度增大而减小、随等效旋流直径增大而增大;分散相颗粒/油滴大于0.02 mm时,碰撞效率随切向速度增大而增大、随等效旋流直径增大而减小. 旋流气浮去除的主要是油滴大于0.02 mm的非溶解性油,因此,设备紧凑可提高气泡与分散相颗粒的碰撞效率,达到高效分离目的.     

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.     

旋风筒降阻改造方式优化比选的数值模拟

采用CPFD数值模拟方法对旋风筒降阻的不同方式（扩大进口面积、增大内筒直径）进行了分析,重点考察了其对压力损失和分离效率的影响。结果表明：不同扩大进口面积的方式（外扩、内扩、下扩、上扩）降阻效果差别不大,但内扩和下扩的方法对收尘效率具有一定的负面影响;随着内筒直径的扩大,其阻力和分离效率有着不同程度的减小。     

EXPERIMENTAL STUDY ON SMALL CYCLONES OPERATING AT HIGH FLOWRATES

A new set of experimental data on the particle collection efficiency of small cyclones operating at high flowrates is reported. Seven different cyclones were studied systematically covering a flowrate range 60–110 l min^-1 and a particle size range 0.026–3.6 μm. Special emphasis was given to the effects of the cylinder height and of the exit tube length on the particle collection efficiency. The length ratios of the cylinder height and exit tube length to the cyclone body diameter were varied from 0.75 to 4.5 and from 0.5 to 1.5, respectively. The experimental results suggest that the flowrate plays a significant role in cyclone collection efficiency. High flowrate can help to collect fine particles. As the cylinder height is increased, the collection efficiency increases. However, when the cylinder height is increased excessively, the collection efficiency appears to decrease to certain extent. An optimized exit tube length was also observed. Pressure drop decreased substantially either as the cylinder height became longer or as the exit tube length became shorter. It was also found that the difference between the cyclone cylinder height and the exit tube length affects the particle collection characteristics significantly.     

异形催化剂床层中Sabatier反应的微-介尺度模拟

采用离散元方法（DEM）建立随机堆积球形、柱形催化剂床层，计算流体力学（CFD）方法模拟Sabatier反应床层介尺度和催化剂微尺度的温度和物质浓度分布，并探讨了催化剂形状、壁温和入口条件对反应特征的影响。结果表明：床层中会出现球形热点区，并随反应进行向出口移动，催化剂外层反应物浓度比内层高且呈环状分布。柱形催化剂单颗粒中心CO₂转化率较球形高，但棱角和床层壁面会出现低转化率区，床层流体会出现回流、滞留和沟流现象，最终导致CO₂转化率为球形>柱形（径高比=1.3）>柱形（径高比=1）。球形催化剂床层中，时间t=200s时，CO₂转化率达到峰值26%，若此时将壁温降低50K，时间t=500s时，较降温前CO₂转化率增大2%、热点温度降低10K；增加惰性球层、减小入口流速和温度，能提高催化剂内CO₂转化率。     

充气水力旋流器用于油水分离的试验研究

研究了充气量、进料量、分流比以及底流出口压力等主要操作参数对充气水力旋流器分离效率影响的规律 ,得出了较好的工况点 ;与相同结构参数的未充气旋流器的分离性能进行了对比 ,结果表明 ,充气旋流器能明显改善油水分离条件 ,具有较宽的操作弹性和较高的分离效率 ;同时用库尔特粒径分析仪分别测定了它们进口和底流口油滴的粒径分布 ,发现在旋流器中充入空气 ,强化了气浮 ,能够进一步分离更细粒径的油滴。