岩屑甩干机之模型优化及颗粒运移情况分析

石油钻井废弃岩屑直接排放会造成环境的严重污染,经岩屑甩干机处理后的废弃岩屑含液量满足环境排放的标准,可直接排放,而岩屑甩干机工作过程中筛网极易堵塞,导致分离效率降低。同时岩屑颗粒对筛网磨损严重,致使岩屑甩干机寿命降低。针对上述问题,本文提出了螺旋刮刀甩干机模型,其次基于离散元理论,运用离散元模拟软件(EDEM)分析模型改进前后单颗粒在筛网上的运动特征。研究发现螺旋刮刀有效地改善了颗粒堆积造成筛网堵塞的现象,并能缓解颗粒冲击筛网导致其磨损严重的情况。最后,当改进模型转速差值变化时,对颗粒的运动情况进行了对比分析,其结果为工程实际中岩屑甩干机的优化设计提供了参考。     

石膏浆液旋流器的分离性能实验研究

通过理论分析及工程经验对石灰石/石膏法烟气脱硫工艺中石膏浆液脱水系统的旋流器进行优化设计,在与工业实际相近的操作条件下,优选出了一根综合性能较好的旋流器。考察了该旋流器的压力、流量与分离效率之间相互关系,与常规石膏浆液旋流器的分级效率进行了比较,确定了最佳操作条件。结果表明,旋流器的进口流量随着进出口压力差的增大而增大,分离效率随着流量增加先上升后下降。在进口硫石膏颗粒平均粒径为24μm,流量为11.8~14.8 m3/h时,分离效率在85%以上,底流出口10μm、15μm以下的颗粒分别占底流出口颗粒总体积的1%、10%左右,起到了很明显的分级浓缩作用,分离性能也优于常规使用的石膏浆液旋流器。     

流量对导叶式旋流管内油滴聚结破碎影响的数值模拟

为了深入研究旋流管分离机理,利用Fluent软件对导叶式旋流管进行了模拟研究,考察了流量对粒级效率和分离效率的影响,结合实验所得结果进一步研究了旋流管内油滴颗粒的运动行为。结果表明:(1)在视油滴为刚性球体的情况下,流量越大,粒级效率越大。模拟值与实验值之间的差异表明随着流量的增大,油滴的破碎作用加强,聚结作用减弱。(2)根据实测入口粒度分布进行的模拟经实验验证进一步证明了流量变化时聚结破碎作用之间的强弱关系。     

某1000 MW机组电除尘器气固两相流数值模拟

流场分布对电除尘性能至关重要。采用商业CFD软件,对某1 000 MW机组电除尘器进行了数值模拟。模拟过程中采用离散相模型(DPM)结合k-ε湍流模型,模拟颗粒运动轨迹。研究了在合理布置烟道走向,并在烟道内布置导流板、阻流板,在进口喇叭内布置气流分布板及导流叶片等措施条件下,电除尘器的气固两相流参数。结果表明:烟道内布置导流板及阻流板后,电除尘器各分室进口流量偏差均在±2%以内,出口流量偏差均不超过±0.5%,远优于标准要求;颗粒相质量流量分配偏差也均未超过5%,且各级粒径分布所对应偏差也明显减小;电除尘器各室入口截面烟气流速相对均方根差均不超过0.15,优于标准要求。     

新型离心式脱硫塔气液两相流数值模拟

利用FLUENT软件和SIMPLE算法对新型旋流脱硫塔的气液两相流场进行了数值模拟。计算中气相采用了RSM湍流模型,颗粒相采用了Lagrange坐标系下的随机轨道模型。分析结果表明,气相流场具有强旋流特性;喷射液滴的直径、喷淋量和烟气流速影响其在塔内的分布:喷射液滴粒径越大、喷射量越小、烟气流速越大,入口段降温越少;塔体上方截面平均浓度随液滴粒径的增加而降低,随液气比的增加而增加,随烟气流速的增加会先增加至最高值然后降低。喷淋液滴在其他运行参数不变时,平均粒径范围为0.5～1 mm,会对进口烟气起到较好的净化与降温的作用,并使塔体上方喷淋液滴在截面z=4.15 m处浓度分布均匀且覆盖率高;在保证液滴粒径较小时,通过降低烟气流速或增加喷淋量可提高液滴喷淋覆盖率,使得烟气与喷淋充分接触。计算得到的气相流场分布与实测值吻合较好,证明了数学模型的合理性,为进一步优化分离器结构提供了可靠依据。     

球柱形旋风除尘器分离性能数值模拟与实验

针对传统柱锥形旋风除尘器存在细颗粒分离效率低的问题,提出了一种新型球柱形旋风除尘器。采用数值模拟和实验研究手段,分析了柱段高度对球柱形旋风除尘器分离特性的影响。模拟结果表明:当球柱形旋风除尘器柱段高度不为零时,随着柱段高度的增加,静压力逐渐变小;球柱形旋风除尘器内流体的切向速度均呈"M"型分布;流体轴向速度随着半径的减小,其绝对值先增大后减小,在中心轴线处又开始增大;流体径向速度均关于中心轴线对称。实验结果表明,当球柱形旋风除尘器柱段高度为150 mm时,总分离效率最高,可达到92.01%。研究结果可为旋风除尘器中细小颗粒分离应用提供指导,对提高5μm以下颗粒分离效率具有重要意义。     

基于Fluent的甲苯蓄热燃烧过程的数值模拟

利用Fluent软件对甲苯在蜂窝陶瓷蓄热体中的蓄热燃烧过程进行数值模拟研究,确定模拟计算所需的网格精度,并计算分析蓄热体孔道直径、燃烧温度、甲苯入口浓度、人口流速对甲苯转化率的影响.结果表明,在较高入口流速条件下,蓄热体孔道直径对甲苯转化率影响较大.随着燃烧温度的升高、甲苯入口浓度和人口流速的降低,甲苯转化率会增大.当...     

基于数值模拟的电袋复合除尘器入口流速和管道结构优化

利用计算流体动力学(CFD)软件对电袋复合除尘器进行数值模拟,通过改变气流入口流速、调整电凝并区前水平管道长度和增设入口管道内导流板等方法进行优化。结果表明,气流入口流速对改善电袋复合除尘器的除尘效果影响不大,而入口管道增设导流板影响很大。当气流入口流速为18.00m/s、电凝并区前水平管道长度为0.50m、入口管道后一弯管处增设置3块导流板时,电凝并区入口断面、电除尘区入口断面气流分布均匀,相对均方根分别为0.17、0.14,涡流区域基本消失。     

蒸汽相变作用下不可溶PM_(10)增长性能的数值模拟

目前,对颗粒凝结增长性能的数值模拟均忽略了其碰撞效应。为了对其进行补充,在相关研究的基础上,将颗粒群平衡模型(population balance module,PBM)与欧拉多相流模型进行耦合,通过用户自定义函数(user-defined function,UDF)同时引入碰撞团聚核函数和凝结增长速率函数,采用数值模拟,分析了初始蒸汽饱和度、停留时间、初始颗粒数浓度和初始粒径对不可溶PM_(10)凝结增长性能的影响。模拟结果表明,初始蒸汽饱和度越大,颗粒凝结增长后的最终粒径越大;在一定范围内,延长停留时间,能够促进颗粒的凝结增长;初始颗粒数浓度的增大不利于颗粒的凝结增长;初始粒径越小,颗粒凝结增长性能越好,相变凝结的效果越明显。上述模拟结果与实验结果一致。     

锥度对旋风除尘器主要性能的影响

为了提高旋风除尘器的分离效率,研究了锥度对旋风除尘器主要性能的影响,建立了气体流场和颗粒动力场的理论模型,并应用SIMPLEC算法对不同锥度下旋风除尘器内部的总压、切速度、颗粒运动轨迹以及分离效率进行了数值模拟。数值结果表明:旋风除尘器内部的总压和切速度均基本呈轴对称分布,沿半径方向,总压呈非线性增大趋势,而切速度呈"驼峰"分布;通过减小锥度降低了总压和切速度,缩短了颗粒的停留时间,从而提高了分离效率,为旋风除尘器的结构优化设计、提高分离性能提供参考。     

旋流分离器油水分离效率的模拟研究

采用计算流体力学的方法,探讨了操作条件和物料特性对旋流分离器分离油水效率的影响。旋流器为单锥双入口,其主直径为50 mm,锥角为5.5°。模拟过程中,采用商业用软件‘Fluent 6.3’中的雷诺应力模型和欧拉多相流模型来模拟不同条件下油水旋流分离器的分离性能。模拟结果表明,对于本研究的油水旋流分离器,最佳的分流比是10%,最佳的油滴浓度是0.5%(V/V)。在最佳的分流比和油滴浓度下,当进口流速为10.46 m/s时,油水旋流分离器可将15μm的油滴去除80%以上,油滴的分离界限粒径d50(50%的分离效率)为9.2μm。在模拟的基础上,用统计软件STATISTICA6.0对分离效率与操作条件和物料特性之间的关系进行拟合。通过拟合式预测的分离效率与实测值相吻合,误差小于15%。     

省煤器出口加挡板对除灰性能影响的数值模拟

建立了某660 MW机组省煤器出口与SCR入口之间烟道的三维数值模型,通过模型研究了飞灰颗粒的运动规律。模拟结果表明:入射位置偏向省煤器出口中后部并且粒径较大的飞灰颗粒易被灰斗捕集,入射位置偏向省煤器出口前部的飞灰颗粒不易被捕集;于省煤器出口布置一块挡板可捕集入射位置偏向省煤器出口前部的大粒径飞灰颗粒,同时也能提高系统的飞灰捕集率,此时SCR入口烟道设计成向上倾斜可减小系统的压降。当挡板布置角度为65°,水平烟道倾斜角度为30°时,系统的飞灰捕集率由38.6%增加至48.4%,系统的压降增加192 Pa。     

扩散荷电作用下线板式ESP中PM2.5捕集效率的数值模拟

为考察线板式静电除尘器中PM2.5颗粒的除尘性能,建立电场、颗粒动力场和流场多场耦合下的数学理论模型.采用GAMBIT软件构造ESP实体结构,将用户自定义程序UDF导入到FLUENT软件中进行数值仿真,并应用DeutsehAnderson公式计算粉尘在不同荷电机理和2种不同除尘操作参数下的除尘效率.数值结果表明,扩散荷电效应对PM2.5分级除尘效率贡献率随粒径增大非线性减小;外加工作电压越低或烟道气流速越高,扩散荷电效应对PM2.5粉尘颗粒的影响越大;在较高外加电压工况下,扩散荷电对综合效率的影响与降低一定量的烟道气流速相当.     

入口速度对静电monolith过滤器通道过滤性能的影响

采用单通道理论模型分析了表面带有静电的monolith过滤器通道的过滤性能。重点研究了气流入口速度大小和方向对通道捕获效率的影响,为设计和制造高效率低能耗的monolith过滤器提供理论指导。结果表明:对于直径1μm以下粒子气流入口速度大小u0的增加会降低通道的捕获效率,当u03 m/s时,通道的捕获效率接近于零,对于直径1μm以上粒子随着气流入口速度u0的增加,通道的捕获效率先减小后增大,出现一个极小值;在保证过滤器流量下,气流入口角度的增大会增加通道对直径1μm以上粒子的捕获效率,而对直径1μm以下粒子的捕获效率几乎没有影响。     

旋风分离器排气管最佳插入深度的实验与分析

采用实验方法考察物料特性、入口气速、排气管直径、入口截面积4种因素对排气管最佳插入深度的影响。实验结果表明,排气管的最佳插入深度主要受粉料中位粒径和粒径分布的影响,中位粒径越小,包含的小粒径颗粒越多,最佳插入深度越大,而与其他3项参数无关。另外,插入深度在最佳位置附近变化时,效率波动不大,远离最佳位置后,效率大幅下降,并且在大排气管直径,大入口条件下,效率对插入深度更为敏感。短路流和内旋流二次分离的协同作用是形成以上现象的主要原因。     

静电除尘器内细微尘涡流现象的数值模拟

基于计算流体力学,以ANSYS软件中的FLUENT模块为平台模拟了粉尘粒径、烟气流速、电晕极电压和烟气含尘浓度对静电除尘器内细微尘涡流现象的影响。研究表明:随着粉尘粒径和烟气流速的增大,颗粒在静电除尘器内的合速度增大,粒子突破空气阻力维持原方向运动的能力增强,涡流的强度降低;随着电晕极电压和在一定范围内烟气含尘浓度的增加,高速流体区域与低速流体区域的速度差增大,涡流的强度会随之增加;继续增大烟气含尘浓度,导致静电除尘器内出现电晕封闭现象,"电风"逐步减弱,电场力大幅减小,粒子跟随烟气流出静电除尘器,涡流被大幅削弱或消失。根据以上规律,以相对均方根值为指标设计L~9(3~4)正交模拟,得出各因素对涡流影响程度由高到低分别为烟气流速、电晕极电压、含尘浓度、粉尘粒径。     

粉尘对电除尘器气流分布影响仿真研究

为了更加精确地研究电除尘器入口气流分布特征, 论文采用欧拉-拉格朗日多相流模型，对电除尘器内部气流分布进行了数值仿真。由于在进入除尘器的气流中引入了粉尘粒子，不仅可获得粉尘及粉尘颗粒粒径大小对气流分布均匀性的影响，而且这种模拟更加接近除尘器的气流实际情况。提出的模拟方法为电除尘器的气流分析提供了一条新的途径。     

烧结机头电除尘器的数值模拟及现场实测验证

为提高某600 m~2烧结机头电除尘器的实际工程应用效果,使用商业CFD软件进行数值模拟,分别采用k-ε模型、电磁流体模型(MHD)和离散相模型(DPM)模拟流场、电场和颗粒运动轨迹。结果表明:经气流分布优化后,计算得到电除尘器进口烟气量分配偏差为±1.5%、颗粒相质量流量偏差为±0.7%,电除尘器本体两侧阻力分别为127.1 Pa和123.7 Pa,电场截面气流分布均匀性相对均方根差分别为0.129和0.133,均优于标准JB/T7671-2017要求;得到电场内电势分布及颗粒运动规律,电除尘效率与供电电压、颗粒粒径具有相关性。经现场实测验证,各参数的实测值与模拟值一致性较好,实测电除尘器出口烟尘浓度为25.8 mg·m~(-3),除尘效率达99.20%,优于设计值;烟尘颗粒在0.03～10μm的分级除尘效率为80.35%～98.69%。0.1～1μm的颗粒段存在穿透窗口,其分级除尘效率仅为80.35%～91.81%。本研究结果可为烧结烟气的烟尘超低排放提供参考。     

旁通式烟气循环流化床脱硫特性的数值模拟

应用标准k-ε模型、DPM模型和物质输运与化学反应模型模拟烟气循环流化床脱硫的两相流动及化学反应,模拟结果和实验数据符合较好。提出了一种旁通式烟气循环流化床,并进一步研究了钙硫比和脱硫剂粒径对旁通脱硫塔脱硫效率的影响。结果表明,脱硫剂颗粒粒径从15μm增大到300μm时,旁通式脱硫塔的脱硫效率略有降低但变化不大;当钙硫摩尔比从0.8增大到1.3时,脱硫效率随之有明显的增加,当钙硫比大于1.3时,脱硫效率随钙硫比的增大略有增加。     

氨水土壤混合物脱除CO2温室气体的实验研究

为了脱除CO2温室气体,提出了利用氨水土壤混合物去除CO2的新方法.分别考察了土壤颗粒粒径、CO2初始流量、氨水浓度(质量比)和温度对CO2脱除量和脱除率的影响.实验结果表明,该方法去除CO2的量较土壤物理吸附量和氨水化学吸收量的总和提高了大约15%;随着氨水浓度的增大,CO2的脱除率和脱除量都增大;随着土壤颗粒粒径和CO2初始流量的增大,CO2的脱除率和脱除量都减小;当温度由22℃升高到31℃,CO2的脱除率随着温度的升高而增大,但是继续升高温度到40 ℃,CO2的脱除率反而下降.