横截面形状对旋风分离器性能影响的数值模拟

采用CFD商业计算软件FLUENT对横截面形状影响旋风分离器性能的情况进行了数值模拟。模拟中,气相采用雷诺应力湍流模型RSM封闭N-S方程,固相采用基于Euler-Lagrange方法的离散相模型DPM。通过对旋风分离器圆形、八边形、七边形、六边形、五边形、四边形横截面形状的比较,模拟并分析了分离器两个主要性能分离效率和压力损失的变化规律,提出了横截面为八边形的分离器的相对优势,可用于传统旋风分离器结构型式的设计和优化。     

入口结构对旋风分离器性能的影响

为探究入口结构对旋风分离器分离效率的影响,选用Fluent模拟软件中雷诺应力模型和离散相模型对3种不同入口结构旋风分离器两相流流场进行数值模拟研究.结果表明:对称双入口结构三维速度分布和静压分布具有较好的对称性,可有效抑制涡旋尾端摆尾而引起的壁面颗粒卷吸,有利于颗粒分离;引入新风的同侧双入口结构内清洁空气对颗粒具有挤压作用,趋使颗粒向壁面运动,可有效改善排气管底部短路流.2种改进入口结构与切向单入口结构相比总分离效率分别增加8.44％和10.88％.     

筒体顶板对旋风分离器性能的影响

为探究旋风分离器筒体顶板结构对旋风分离器性能的影响,通过数值模拟的方法,对3种不同筒体顶板结构旋风分离器的分离性能和流场分布进行数值模拟研究。结果表明：改进后的两种顶板结构对气流具有导向作用,不仅可有效抑制排气管下端的短路流现象,还可抑制气体的回流现象,改善流场分布,并有利于颗粒分离;改进后的顶板提高了总分离效率,其中弧形顶板提高了7.7%,楔形顶板提高了29.1%;改进后的顶板降低了压降,分别降低了22.3%和45%。总体来看,楔形顶板旋风分离器的性能较好。两种改进后的筒体顶板结构改善了旋风分离器内部流场,提高了旋风分离器的分离性能,可为旋风分离器的结构改进提供一定参考。     

旋风分离器磨损与防磨措施的研究

旋风分离器作为一种重要的气固分离设备,在石油化工、高炉喷煤、燃煤发电和环境保护等许多行业得到了广泛的应用.当旋风分离器分离煤、砂、飞灰、焦粉和氧化铝基催化剂等腐蚀性颗粒时,磨损是造成非计划停机的主要原因之一.就旋风分离器的结构、工作原理、磨损产生的机理与防磨措施问题展开讨论.     

两级旋风分离器内气固两相流动及分离特性

为了提高30μm以下小密度颗粒的分离效率,采用k-ε/RNG模型和DPM模型对改造后的两级旋风分离器内含尘气流的流动及分离特性进行了三维数值分析.将气体相作为连续介质,采用k-ε湍流模型对流场进行数值模拟;将颗粒相作为离散体系,采用随机轨道模型对颗粒的运动轨迹进行追踪,并分析其阻力与分离效率.结果表明,与常规分离器不同,气流进入两级分离器内筒后出现上、下分流.在外筒近壁柱体和锥体区均有涡流,中心轴线上无滞流、倒流现象.同一高度轴向速度呈非轴对称分布,切向速度基本呈轴对称分布.不同高度截面轴向速度分布差异较大,切向速度分布规律较一致.研究表明,随粒径增大,颗粒逃逸率减小,分离效率增大,但捕捉率则先增后减.粒径为5 μm时分离效率达60%,比常规分离器分离效率有较大提高.运动路径、分离时间的增加以及内外筒切向速度的差异是使分离效率提高的主要因素.     

旋风分离器接管角焊缝裂纹原因分析及处理

在西气东输工程中，旋风分离器是较重要的设备，能除去运送介质中携带的固体杂质，保证管道系统和设备的正常运行。旋风分离器采用整体立式结构，体积小，重量轻。旋风管立式布置，由两水平隔板分成3个独立的工作室，为便于内部检查，每个工作室单独设置1个人孔或手孔。旋风分离器包括壳体部分、进气、出气、放空、分离单元、人孔、手孔、人工清灰和阀控排尘口、支腿等结构。结构见图1所示。     

基于Fluent废塑料薄膜旋风分离过程的研究

采用旋风法对不同密度的废旧塑料薄膜进行分选,运用Fluent流体仿真软件中的欧拉双流体模型,对废塑料薄膜颗粒在旋风分离器中的运动进行了模拟仿真。根据不同种类废塑料颗粒的密度不同,所受重力以及在旋风分离器中所受离心力不同,将会产生不同的运动轨迹,使用旋风分离器将其分离,得出不同风速大小、不同颗粒直径时的分选效率,找出最适合的风速和颗粒粒度大小,从而使不同种类塑料颗粒达到高效分离,为进一步处理塑料垃圾奠定基础。     

旋风-滤板一体式除尘器性能优化数值研究

为弥补旋风除尘器尤其是大筒径旋风除尘器对微细颗粒除尘效率低的不足,通过在旋风除尘器环形空间内安装金属纤维滤板构造出旋风-滤板一体式除尘器,将离心与过滤两种除尘机理联合以提高微细颗粒的除尘效率。数值模拟研究了旋风-滤板一体式除尘器的滤板宽度W、高度h与个数N等因素对其分离性能的影响,在此基础上采用正交试验对金属纤维滤板的几何结构进行参数优化设计。结果表明：滤板参数对除尘效率显著性排序为N>h>W,滤板参数推荐取值为W=0.05Dc、h=1.5L、N=4,此时一体式除尘器对于2.5?m颗粒的分离效率为80.8%,与旋风除尘器相比分离效率提高22.9%,并使压降降低28.8%。     

旋流式气液分离器压力损失计算模型的数值模拟研究

基于计算流体力学理论,采用控制变量法,利用流体模拟软件Fluent分别研究了分离器入口烟气流速与压力损失的关系、叶片仰角及分离器直径对分离器阻力系数的影响。发现分离器的压力损失与分离器入口烟气流速的平方成正比关系;分离器阻力系数与分离器开孔率呈二次函数关系;分离器阻力系数值与分离器直径无关,并最终得到了旋流式气液分离器压力损失计算模型。     

出口风速对防烟空气幕防烟效果影响的数值模拟

本文利用火灾模拟软件FDS,以四川消防研究所高层实验塔二层为原型,建立模型研究了防烟空气幕防烟空气幕出口风速对高层建筑前室烟气运动的影响,试验中在前室内设置18个测点,测定前室内的温度、CO浓度及能见度变化情况,试验结果表明：当风速〈1m／s时,前室内各测点处各参数变化情况与无风幕时基本相同,防烟效果不明显,风速〉2．5m／s时,随着出口风速的增加,前室内各测点处温度、CO浓度降低,能见度增加,烟气蔓延途径由前室上部逐渐变为前室下部,且前室门处0．2m、1．25m高度处测点处各参数值瞬间波动很大,综合考虑防烟的有效性及经济性,认为防烟空气幕的最佳运行风速应为2．5m／s～3．5m／s。     

隧道半横向排烟模式下不同排烟口分布的温度场数值模拟研究

结合某过江盾构隧道,基于三维流体动力学模拟仿真软件平台,建立三维仿真模型,研究火灾发生在隧道盾构段典型区段时,排烟开口在火源上下游不同的分布模式时烟气层的温度场分布。通过分析模拟结果可知:随着火源上游排烟开口逐步增加,火源上游烟气逆流长度和蔓延速度都相对稳定而后又逐步增长,火源下游的烟气蔓延长度先减小而后又基本趋于稳定,下游烟气沉降高度则有所升高;火源位置处正上方温度则随着上游排烟开口的个数逐步增加而逐渐升高。而从其他的排烟开口变化模式模拟结果可知:随着排烟开口面积或者开口间距的逐步增大,烟气蔓延的速度先增加而后又逐步减小,且开口间距为30m左右时烟气蔓延速度相对较慢;排烟开口宽高比对烟气蔓延影响较小。所获得的结论将有助于相关类型工程的设计和管理。     

机械排烟系统优化设计数值模拟研究

本文以一超市建筑为例,运用火灾模拟软件FDS对排烟口位置、排烟口数量、排烟量、排烟口面积等对机械排烟效果的影响进行了研究。研究表明顶棚排烟优于侧壁排烟;排烟口应尽量远离疏散出口;排烟量达到一定数值之后,再增加排烟量,对排烟效果影响不大;增加排烟口数量,并合理分布其位置,可以得到良好的排烟效果。     

十字平交通道不同排烟模式烟控效果的数值模拟研究

十字平交通道是主、辅通道在中间位置十字相交的一种较为少见的城市道路形式,火灾情况下烟气运动和通风排烟策略不同于常规意义上的公路隧道。采用FDS模拟软件研究辅通道三种通风排烟模式的烟控效果,综合考虑不同火灾规模、射流风机位置、射流形式等的影响作用。结果表明:辅通道单侧射流、两侧同向射流和两侧相向射流作用均存在最小临界风速。火灾规模为0 MW~30 MW,最小临界风速值随火灾规模变化关系为:Y=Y0+bX。两侧相向射流对应最小临界风速最大,烟气层结构破坏严重,火场温降效果最差;单侧射流和两侧同向射流对应的最小临界风速值较小且差别不大,结合工程实际情况,考虑单侧风机射流模式为较合理优化的烟控方式。     

障碍物对采用泄爆管泄放气体爆炸影响的数值模拟

采用k-ε湍流模型和漩涡耗散概念模型(EDC)建立了泄爆管泄放气体爆炸的模型,并模拟容器内置障碍物时泄爆管泄放气体爆炸火焰的传播过程,分析了障碍物形状、阻塞率、位置、个数对超压(pred)和压力上升速率的影响.结果表明:障碍物的出现导致燃烧速度和pred上升,正方形障碍物导致的爆炸后果最严重;增加障碍物个数或增大障碍物阻塞率均可增加超压和燃烧速度;障碍物置于容器中心,爆炸后果较强,而靠近点火源或泄爆口,后果有所减弱.     

加气站压缩机间气体爆炸数值模拟研究

加气站压缩机间安全设计时,需要评估内部气体爆炸危害,确定爆炸能量和影响因素。采用CFD技术,建立加气站压缩机间三维模型,模拟不同点火源位置、泄压板不同泄压压力和重量下,压缩机间气体爆炸时的爆炸压力及火焰传播行为。结果表明点火源位置以及泄压参数是影响加气站压缩机间气体爆炸的重要因素;点火源位置距离压缩机间放空位置越近,爆炸压力越小;对于泄压参数,爆炸压力与泄压板开启压力和重量之间均为正比关系。为减缓压缩机间内的气体爆炸危害,需要合理布置点火源位置,选择容重轻、泄压压力小的泄压材料,并同时需要考虑爆炸导致的物体破碎危害以及火焰次生灾害。     

旋幕式排风罩收集电焊烟尘的数值模拟

为解决电焊烟尘气流无组织排放对焊工健康和环境造成的严重影响,得出旋幕式排风罩的最佳设计参数及气流组织形式,选择GAMBIT软件建立排风罩的物理模型并进行网格划分,选用雷诺平均N-S方程(RANS)、Realizableκ-ε湍流模型及DPM离散相模型,利用Fluent计算流体力学软件对旋幕式排风罩捕集效率的相关参数进行模拟计算。结果表明:旋幕式排风罩能有效控制电焊烟尘气流的扩散;喷口角度对涡流产生的大小、位置和强度影响最大;最佳设计参数为有效吸程1. 5 m,喷口角度80°,喷口宽度14 mm;在该设计参数条件下,当罩面吸口风速为0. 3 m/s、喷口风速为1. 1m/s时,捕集效率达到最高,为98. 28%。     

采空区瓦斯涌出源位置对瓦斯分布影响的数值模拟

根据多孔介质渗流理论,利用Fluent软件,分别对采空区瓦斯在整个采空区均匀涌出、上邻近层及底板遗煤涌出2种情况下采空区瓦斯分布规律进行了数值模拟.结果表明:采空区瓦斯为上邻近层及底板遗煤处涌出时,沿走向方向,靠近上邻近层及底板处高体积分数瓦斯距离工作面较近;沿竖直方向,瓦斯体积分数分布呈钩状,靠近瓦斯涌出源处瓦斯体积分数最高;整个采空区均匀涌出时采空区瓦斯体积分数分布与上邻近层及底板遗煤涌出时有很大差别.因此,为了得到更符合实际情况的瓦斯分布规律,数值模拟时应按照现场实际的瓦斯涌出源位置建立模型.     

外界风下机场航站楼自然排烟模式的数值模拟研究

机场航站楼通常采用顶窗和多侧高侧窗作为自然排烟窗,当发生火灾时,其开窗模式对自然排烟效果有一定的影响。以某机场航站楼为例,考虑出发大厅顶窗及多侧高侧窗的启闭状态组合,设置7种开窗模式。通过FDS软件模拟,研究外界风下,开窗模式与火源功率对航站楼到达危险时间的影响。在只打开顶窗的模式下,到达危险时间t与火源功率Q均满足关系式:t=x_0+A/(1+10^(bQ-c)),其中x_0、b、c随着风速的增大而减小,A随着风速的增大而增大。考虑到人员安全疏散,航站楼出发大厅火源功率应控制在6 MW以内。若火源功率大于6 MW,当外界风速小于等于5m/s时,应采用打开所有高侧窗和顶窗的开窗模式;当外界风速大于5m/s时,烟气会倒灌进入航站楼,影响人员安全疏散,此时应采取关闭迎风侧高侧窗,打开顶窗和其他侧高侧窗的开窗模式。     

轴入式旋风子气粒分离特性的数值模拟与试验

对轴入式旋风子通过数值模拟和试验测试分析其阻力性能与效率性能.将气体相作为连续介质,采用κ-ε湍流模型,对流场进行数值模拟;将颗粒相作为离散体系,采用随机轨道模型,根据已算出的流场来计算颗粒轨道,分析其阻力与效率性能.计算时选用不同粒径的颗粒相进行模拟,从而得到不同工况下的阻力性能与效率性能.试验测试时,通过改变风速,测定不同风速下多管旋风的阻力损失以及额定流量下的除尘效率.并对模拟结果与试验作比较分析,阐明了利用数值模拟在工程设计实施前或产品生产(改造)前预测方案的实际效果与产品性能的可行性.