旋风分离器内流场的测试技术

介绍了热线风速仪和五孔球探针测定旋风分离器三维流场的原理和方法。研究表明,用五孔球探针可以测定旋风分离器的切向与轴向平均速度,但径向平均速度的测量精度不高。用单斜丝探针旋转法可以精确地测定旋风分离器内三维平均速度分布,而用普通平探针能较准确地测定出切向与轴向平均速度,并可定性地测出流度及脉动速度沿径向的分布。文中还介绍了热线探针的校正方法。     

PV型旋风分离器流场的研究

用五孔探针和热线风速仪对高效PV型旋风分离器流场进行了全面的测定.依据流场测定结果,运用平均速度场模式简化雷诺方程,并依据热线风速仪测定结果,给出了涡动粘度的经验计算公式.在将分离器分离空间流场简化为轴对称流场的前提下,对简化了的雷诺方程进行数值求解,讨论了切向速度和轴向速度分布与径向速度分布的关系,并给出了与实测结果吻合较好的切向速度、轴向速度和静压的理论计算结果.     

蜗壳式旋风分离器内流场的特点

用五孔探针和热线风速仪测定了蜗壳式旋风分离器内的速度场和压力场,分析了上部入口结构、芯管插入深度和锥体长度对流场的影响.测定表明,蜗壳式旋风分离器内流场是一个非轴对称的三维湍流场.上部环形空间内有明显的顶部二次流存在,因而形成上灰环.芯管末端附近有较大的向心径向速度,呈短路流现象.在锥体下部有较大的偏心流,因而造成排尘口处粉尘返混,降低分离效率.斜底入口结构的旋风分离器可以减少二次流的流量,增加环心空间的径向速度,而对下部流场影响很小.芯管插入深度对芯管末端附近的径向分布有影响,而对短路流量影响很小.     

旋风筒内旋转气流的测量及分析

采用五孔探针对旋风筒内的旋转气流进行实验研究,给出了两种典型的叶片旋流器（环形轴向旋流器和切向旋流器）的旋风筒内的轴向和切向速度分布．结果表明,采用环形轴向旋流器时,旋风筒头部区域存在一对较大的环形回流区;采用切向旋流器时,存在一对中心回流区和角落回流区．解释了切向速度的双峰现象,并从燃烧角度分析了这些流动特性的优缺点．     

旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟

采用雷诺应力模型对直切式旋风分离器内气相流动的三维流场进行数值模拟,分析了排气管内的气相流场特点及排气管直径对气相流场的影响.结果表明:排气管内气流旋转强度较高,轴向速度呈强剪切流特征,并且存在回流区,这些都是造成能量损失的重要原因;减小排气管直径可以抑制短路流量,使旋风分离器整个空间内的切向速度增大,有利于颗粒分离,但同时压降增大.     

MEVVA离子源等离子体密度测量

采用静电探针方法测量了ＭＥＶＶＡ离子源中的等离子体，得到了单探针，双探针的特性曲线，等离子体电子温度和等离子体离子密度以及离子密度随离子源轴向的变化和径向分布。其中离子密度随离子源径向的分布近似为高斯分布，还研究了等离子体密度与弧流的关系，并采用加会切磁场的方法试图改善等离子体密度的径向分布的均匀性，得到了一些有益的结果。     

旋风分离器分离空间流场的理论分析

针对旋风分离器内流场特点，运用代数涡粘模式，给出了描述分离器内流体运动的简化方程。用假设轴向或径向速度分布函数形式的方法，求得了与测量结果较为一致的三维速度半理论解。边壁速度和内外旋流分界面化置分别用入口收缩系数和最小压降原理确定。分析了湍流特征尺度——普朗特混合长度和柯莫格罗夫尺度的分布规律。结果表明，湍流特征尺度的理论计算结果与实验结果吻合较好。     

卧管型多管旋风分离器的进气室内流场的研究

卧管型多管旋风分离器是一种新型高温、高效除尘设备.本文根据相似理论原理.设计了与卧管型多管旋风分离器进气室相似的实验模型.在入口总气量1580Nm~3/h下,用热线风速仪对模型中旋风管入口附近区域的流场进行了重点测试,总结出模型中旋风管入口附近的三维气流速度分布规律.并将其气流速度分布计算式无因次化.此流场分布规律可推广应用到与实验模型相似的装置上,为卧管型多管分离器进气室惯性分离模型的建立及其进气室的改进提出了必要的理论依据.     

转鼓式细粉分级器的流场研究

利用五孔探针对转鼓式分级器内的流场作了系统测试，分析了主要操作参数转鼓转速和一次风量对流场的影响规律，通过数据分析和回归得到了分级区和沉降区各个方向的速度计算公式。实际计算表明，得到的计算值与实测值吻合较好。根据转鼓转速和一次风量计算公式，可以研究现有分离器的流场分布。经过无量纲化处理的变量适用于同类各种规格的分离器。     

旋风分离器数值计算及性能实验分析

借助计算流体力学软件Fluent,采用三维贴体坐标网格,基于非稳态雷诺应力湍流模型,对旋风分离器内部流场进行数值计算.研究不同粒径固相颗粒的运动轨迹,揭示颗粒在分离器中的运动机理,得到旋风分离器内部气流切向速度、轴向速度及切面旋转矢量速度的分布规律,并与实验测试值进行比对.结果表明:在相同条件下,数值计算与实验测试结果非常接近,能很好地预测切向速度的"驼峰"结构及轴向速度分布的上行流和下行流;随着颗粒粒径的增加,分离器外壁呈螺旋流分布,内部流夹带随粒径的增加而逐渐减小.     

激光粒子成像技术测定旋风分离器内颗粒浓度场的实验研究

将颗粒粒径的粒子成像测量方法应用于旋风分离器的颗粒浓度场的测量研究。成功地对一种蜗壳型旋风分离器的内颗粒浓度进行了无干扰瞬态多点测定,实验结果较为真实地反映了旋风分离器内颗粒浓度场的分布规律。文中所获得的规律性认识为今后进一步改进旋风分离器结构、提高其效率及创建新的分区模型提供了依据。初步形成了用PIV技术测定旋流场内颗粒相浓度的新方法,弥补了以往用等速抽气采样法测量的缺陷。合理的实验结果表明该方法是可行的。     

激光粒子成像技术测定旋风分离器内颗粒浓度场的实验研究

将颗粒粒径的粒子成像测量方法应用于旋风分离器的颗粒浓度场的测量研究 ,成功地对一种蜗壳型旋风分离器内颗粒浓度场进行了无干扰瞬态多点测定 ,实验结果较为真实地反映了旋风分离器内颗粒浓度场的分布规律。文中所获得的规律性认识为今后进一步改进旋风分离器结构、提高其效率及创建新的分区模型提供了依据。初步形成了用PIV技术测定旋流场内颗粒相浓度的新方法 ,弥补了以往用等速抽气采样法测量的缺陷。合理的实验结果表明该方法是可行的     

结构参数对气体钻井防沉屑工具性能的影响

针对气体钻井岩屑易沉积的问题,研制一种具有分流继能功能的防沉屑工具.利用计算流体动力学(CFD)技术研究分流喷孔结构参数(开孔斜度、开孔方位、喷孔线型)对防沉屑工具吹扫和推举性能的影响.结果表明:随开孔斜度和开孔方位增大,轴向射流动能急剧减小,切向射流动能缓慢增大;开孔方位增大,径向射流动能降低;流线型喷孔与直线型和曲直型喷孔相比,其射流动能损耗最小,轴向、径向和切向射流动能均最高;改变喷孔结构参数可以有侧重地增强防沉屑工具的径向、切向吹扫能力和轴向推举能力,以适用于造斜段、水平段及深部直井段的气体钻进施工.     

旋风分离器分离空间流场的理论分析

针对旋风分离器内流场特点,运用代数涡粘模式,给出了描述分离器内流体运动的简化方程.用假设轴向或径向速度分布函数形式的方法,求得了与测量结果较为一致的三维速度半理论解.边壁速度和内外旋流分界面位置分别用入口收缩系数和最小压降原理确定.分析了湍流特征尺度--普朗特混合长度和柯莫格罗夫尺度的分布规律.结果表明,湍流特征尺度的理论计算结果与实验结果吻合较好.     

单丝热线旋转法用于旋流燃烧器出口参数测量

为了提高湍流流场的测量精度 ,针对旋流燃烧器出口截面上一次风和二次风的不同速度分布特征 ,引入了一种相应的单丝斜热线多方位旋转测量方法 .通过对一旋流燃烧器模型出口参数的测量和分析 ,证明在不同的速度特征区域选取不同的参考速度更加合理 .测量方法的不确定性分析证明该方法的测量误差波动较小 .给出了平均速度和雷诺应力分布的测量结果 ,将平均速度与采用五孔探针的测量结果进行了比较 ,两者趋势基本一致 ,表明了测量方法的可靠性     

单丝热线速度和方向特性的校准方法

对单丝热线用于测量三维紊流场时热线的速度校准和方向特性校准的方法进行了研究，提出了一种热线方向特性的校准方法．通过对热线探针顺流和横流安置时热线风速仪输出响应的分析比较，指出热线的速度校准方法应根据测量时热线探针的实际安置情况而定     

防返混锥对旋风分离器旋进涡核的抑制作用

用热线风速仪采样测定了装有防返混锥的旋风分离器读进涡核（PVC）的作用范围和频率,幅值等参数,并用FFT变换的方法进行了处理,结果表明,防返混锥极大地抑制了旋进涡核的作用,特别是使旋进涡核的作用范围控制在内旋流很小的区域内,有效地防止已分离粉尘的再次扬起,从旋风分离器非稳态运行的旋进涡核的角度说明了防返混锥的作用机理。     

防返混锥对旋风分离器旋进涡核的抑制作用

用热线风速仪采样测定了装有防返混锥的旋风分离器旋进涡核 (PVC)的作用范围和频率、幅值等参数 ,并用FFT变换的方法进行了处理。结果表明 ,防返混锥极大地抑制了旋进涡核的作用 ,特别是使旋进涡核的作用范围控制在内旋流很小的区域内 ,有效地防止已分离粉尘的再次扬起。从旋风分离器非稳态运动的旋进涡核的角度说明了防返混锥的作用机理     

旋风分离器高温性能试验研究

为了预测温度对分离器性能的影响，选用一个直径为300mm的切流反转式旋风分离器在常温～973K的范围内进行了性能试验研究。试验用粉料为二氧化硅，其中位粒径为10μm；入口气速的变化为12～36m／s。试验测定了不同入口气速和温度下旋风分离器的分离效率与压降。结果表明，相同人口气速下，分离效率与压降均随温度的升高而降低。当气速达到最佳入口气速时，旋风分离器的分离效率最高，且最佳入口气速随温度的增加而增加。     

旋风分离器压降数值分析

根据旋风分离器的结构和气流流动特点,在旋风分离器流场和浓度测定的基础上,以旋风分离器切向速度模型为基础,模拟进出口静压、动压,数值模拟结果与压力损失理论解析计算模型基本吻合,验证了旋风分离器内压降基本分布规律。