旋风分离器内气相旋转流不稳定性的实验研究

旋风分离器内气相旋转流具有较强的不稳定性,其表现形式是旋转流的旋转中心围绕几何中心的偏心摆动,导致流场的瞬时速度随时间发生脉动变化。这种旋流的不稳定特性难以用时均流场参数进行描述,需要用动态流场参数描述,为此采用热线风速仪测量了?300 mm旋风分离器内瞬时切向速度随时间的变化。实验结果表明瞬时切向速度是由气体湍流形成的高频脉动和旋转流偏心摆动形成的低频脉动两部分叠加构成,据此探讨了旋转流摆动形成的机制。瞬时切向速度的低频脉动来源于刚性涡的偏心摆动,脉动幅值与偏心距成正比。通过瞬时切向速度频域建立了旋转流的摆动频率与入口速度、筒体直径和排气管直径的计算模型。     

旋风分离器内旋转流的不稳定性

<正>引言旋风分离器内的流场是一个复杂的旋转流流场,以往的流场研究主要集中在稳态流场的时均特性上,重点关注流场的时均速度分布和湍流特性方面,从实验测量和模拟两方面进行,而对瞬态速度的分析不够,对流场的不稳定性尚缺乏分     

旋风分离器气相旋转流流场动态特性的研究进展

旋风分离器的气相旋转流场对颗粒的分离过程有重要影响。本文指出实验测量和数值模拟表明这种流场具有很强的动态特性,表现为速度和压力随时间的低频高幅脉动变化。但以往的研究主要关注流场的稳态时均特性,缺少对流场动态特性的研究。旋风分离器内流场动态特性主要产生于旋转流的旋转中心围绕着几何中心作随机摆动,由此造成了流动参数的脉动和湍流强度的急剧增大,也导致了对时均流场中一些现象的分析不清晰。此外,由于各种气固分离模型没有考虑流场的动态效应造成了计算结果不够准确。文章指出目前这种流场动态特性主要是实验测量分析,数值模拟方法尚难以准确描述,还需在计算模型上改进。开展流场动态特性的研究对开发高效低阻旋风分离器和改进其分离性能是非常必要的。     

旋风分离器内气相旋转流动态特性分析与表征

旋风分离器内的气相旋转流具有很强的动态特性,表现为流场瞬时参数随时间波动变化。为了对旋风分离器内气相旋转流动态特性进行表征,本文基于热线/热膜风速仪（HWFA）和动态压力传感器测量的旋风分离器内瞬时切向速度和瞬时压力,从时域和频域两个方面进行了分析。结果表明,旋风分离器内瞬时切向速度信号时域上的波形分布与旋转流的摆动存在联系,时域上的标准偏差可以直观地表征旋风分离器内旋转流的波动强度;频域的主频和功率谱密度（PSD）可以表征旋转流动态参数波动的准周期行为、传递行为和强度衰减特征,也是旋转流摆动行为及其影响范围的反映。基于瞬时切向速度和瞬时压力的时域和频域分析能较好地反映旋转流流场的波动特点,均可用于表征旋风分离器内气相旋转流的动态特性。     

旋风分离器内旋转流偏心旋转对速度计算的影响

采用Fluent软件对旋风分离器内流场进行了数值模拟,结果表明其旋转流存在着偏心旋转现象,即旋转流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合。用CFD计算旋风分离器内强旋流的三维速度是基于旋风分离器的几何中心给定的,而进行气固分离计算用的三维速度是基于旋转中心的,二者之间存在着一定的差别,尤其是径向速度分布上有很大的不同。这就需要对基于几何中心的旋风分离器内旋转流的三维速度值进行修正,将参考几何中心计算的流场变换为参考旋转中心的流场。在旋风分离器流场数值模拟的基础上,分析了基准不同所产生的三维速度分量之间变化,给出了将参考几何中心计算的流场换算到参考旋转中心的流场的方法。     

旋风分离器内旋进涡核的实验研究

采用热线风速仪测速,ＦＦＴ 变换处理数据的方法,研究直切式旋风分离器内旋进涡核（ＰＶＣ） 现象。研究表明,涡核旋进运动主要存在于排尘口附近区域内,其频率接近为一常数,且与入口气速成正比,在排尘口附近,涡核形成高强度的偏心摆动。     

并联旋风分离器分离性能的实验研究

针对催化裂化三旋多管式旋风分离器存在的整体效率偏低的问题,文章开展旋风分离器并联结构优化的尝试,采用实验的方法研究4台切流式PV型旋风分离器并联后的分离性能。结果表明,并联旋风分离器的分离性能要高于单台旋风分离器,但仍存在着继续改进的空间。     

直切式旋风分离器内非主流流动的研究

讨论了直切式分离器环形空间及排尘口附近二次涡流的非对称性及其形成原因,并研究了分离器处理量对二次流的影响关系。研究发现,随着分离器处理量的增加,芯管下口短路流量增加,无量纲短路流量保持不变,即短路流亦存在"自模化";排尘口附近的湍流强度随分离器处理量的增加而增强。     

旋风分离器内旋进涡核的PIV显示

The precessing vortex core (PVC) in a cyclone separator plays an important role in the separation performance and in further understanding of the general law of periodic unsteady flow therein. In this paper, the unsteady flow field is investigated with particle image velocimetry (PIV), and the instantaneous velocity, vorticity,tangential velocity, and radial velocity are acquired by analyzing the images of instantaneous flow. It is for the first time reported that there is a centrifugal flow region close to the dust discharge zone and its maximum value is higher than the mean radial velocity. This discovery is very important for understanding the principle of separation of particles in the area of dust discharge. Determination of the frequency and amplitude of PVC was conducted in the region where the phenomenon of PVC is remarkable. Results agree well with those obtained by hot wire anemometry. The observations of the center of “cortex core and the bimodal distribution of the amplitude of the PVC indicate the vortex core precesses around the geometric axis of the cvclone in its own way.     

CFB用旋风分离器内气相流场的数值研究

采用RSM非稳态湍流模型对循环流化床锅炉用旋风分离器内气相流场进行了数值模拟。计算值与实验值比较吻合。数值计算的结果表明:排气管下口存在明显的短路流,排尘口附近存在明显的返混现象;排气管直径增加,分离空间切向速度值降低,上行流轴向速度减小。用CFD方法计算的旋风分离器内流场可为高效CFB锅炉用旋风分离器的设计提供参考依据。     

Experimental study of gas swirling flow instability characteristics in a cyclone using the hot-wire anemometry technique

The instability characteristics of gas swirling flow in a cyclone were investigated experimentally by measuring the instantaneous tangential velocity with the hot-wire anemometry. The results showed that the instantaneous tangential velocity fluctuated continuously with time at both low and high frequencies. Further analysis of measured data regarding time and frequency domain by probability density and spectral methods revealed that the velocity fluctuation was affected not only by the turbulence flow itself but also by gas swirling flow instability. Also, the distributions of dominant frequency and amplitude indicated that low-frequency velocity fluctuation caused by the instability had the transfer behavior and attenuation character, which could be characterized by the dominant frequency that varied little along the radial position and decreased gradually along the axial direction, while the amplitude increased significantly with decreased radial position. Due to the gas swirling instability, the turbulence intensity and the fine particle diffusion were enhanced, which would degrade the separation efficiency of cyclone.     

多喷嘴射流式分离器内气固流动特性的数值模拟

基于商用软件Fluent 6.3.26,采用雷诺应力模型及DPM离散相模型并结合理论分析,对基于喷嘴造旋的射流式分离器内两相流动特性进行了模拟计算,得到了较为全面的两相流动规律与细节.结果显示,分离器内部切向速度峰值可达160 m·s^-1,自由涡区的切向速度约为130 m·s^-1,旋流强度明显高于传统旋风单管;沿轴向下,下行流流量逐次减少,其中稳流体顶部下行流降低最为明显,下行流减少致使颗粒卷入内旋流概率增加,分离效果下降;分离器内部局部存在顶部贴壁射流、射流区二次流及灰斗口旋涡流等次级流动;分离器压降约为27.43 kPa,喷嘴区内外旋流能耗分别为4.57 kPa(21.8%)、5.76 kPa(27.6%),稳流体区内外旋流能耗分别为5.85 kPa(27.6%)、4.01 kPa(18.9%);分离器对应的切割粒径较小,约为1.6 μm,极限粒径约为10 μm,符合工业应用要求;基于所建颗粒受力模型及模拟条件下,分离空间可分离的临界粒径为1～2 μm,3 μm及以上颗粒的逃逸浓度小于 0.15 g·m^-3,满足下游烟机对气流的净化要求.     

蜗壳式旋风分离器气相流场的非轴对称特性的模拟

采用Fluent软件提供的雷诺应力模型（RSM）对蜗壳式旋风分离器内气相流场进行了数值模拟,重点考察流场的非轴对称特性.模拟结果表明旋风分离器环形空间的流场呈现明显的非轴对称分布;筒体空间和锥体空间的流场也存在一定的非轴对称性.旋风分离器流场的非轴对称性是由于其入口结构不对称产生的,其主要特点是沿轴向气流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不重合,旋转中心偏离几何中心的距离和方位在不同的轴向位置而不同,最大约为0.07R.由于气流旋转中心偏离旋风分离器的几何中心,使参考几何中心的径向速度分布呈现明显的非轴对称性,一部分向内,一部分向外.     

Experimental and numerical study on the flow behavior in a jet-driven swirling flow

In order to understand the asphalt separation processes in a new technique of solvent deasphalting, the hydrodynamics of the jet-driven swirling flow within a spray granulation tower (SGT) was studied by using experimental and numerical methods. Mean velocity components were measured by use of the Phase Doppler Particle Anemometer (PDPA). Simulation with Reynolds Stress Model (RSM) was carried out to understand the flow information. Two different zones in the jet-driven swirling flow were observed in both experiment and simulation. A combined effect of jet, jet entrainment and jet interactions leads to complex flow behavior in the upper part. A double swirling flow was identified on the basis of the tangential and the axial velocity distribution in the lower part. The specific flow pattern was identified based on the experimental and computational flow field. An empirical formula was proposed to predict the percentage of the SGT occupied by the jet and the swirl zone.