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.     

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％.     

CFB锅炉炉内固体颗粒粒径分布及炉内受热面磨损的研究

从受热面磨损出发，结合现场实践数据，分析了CFB锅炉炉内固体颗粒分布特点，并针对颗粒密度和粒径、旋风分离器的分离特性、颗粒浓度分别作了论述，并得出了有关颗粒粒径、浓度等对CFB锅炉炉内受热面磨损影响的重要结论．     

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.     

出口结构对方形旋风分离器性能影响的数值模拟研究

利用CFD技术模拟研究了排气管结构对矩形进口方形旋风分离器的阻力和分离特性的影响机理.其中气相模型采用雷诺应力湍流模型(RSM),颗粒相采用随机轨道模型.首先将计算结果与实验数据作对比,表明模型计算结果可靠.结果表明,分离器内部排气管和分离器壁面间的区域为强旋湍流区,靠近分离器壁面和排气管壁面的区域旋流强度较弱.方形的排气管结构使方形旋风分离器的效率提高而阻力降低.其原因是改变排气管的结构影响分离器内的流动特点和湍动能的分布,从而影响了分离效率和阻力损失.排气管下方的分离器锥体区域出现回流,排气管为圆管时回流的范围和速度较大,导致小颗粒易于随气流向上运动进入排气管逃逸,使分离效率较小;且排气管为圆管时分离器内的湍流动能也较大,是造成阻力损失较大的原因.合理设计分离器的出口结构以改变分离区的湍动能分布是减小能量损失的着眼处.     

生物质灰在高温旋风除尘器内捕集过程数值研究

生物质气化站旋风除尘器的内部流场为高温强旋湍流流场,研究其中生物质飞灰颗粒在该高温流场中的运动和分布规律十分必要。鉴于高温下测量飞灰颗粒的运动和分布规律较为困难,应用FLUENT软件对高温旋风除尘器内部风流-飞灰耦合运移规律进行数值模拟。研究结果表明:高温旋风除尘器内部的静压、动压和全压分布均呈现良好的轴对称性;飞灰颗粒整体浓度分布呈螺旋状分布,分离空间的浓度较高,而环形空间顶端出现"顶灰环"现象,器壁附近则呈现波浪状;当燃气温度为200℃时,旋风除尘器的分离效率在风速为24 m/s时最高;在生物质气化站的实际生产过程中,应根据进入旋风除尘器燃气的实际温度来调节风机参数,以使燃气的进口速度调到最佳,进而使分离效率达到最优。     

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.     

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。     

旋风除尘器内生物质飞灰颗粒浓度分布特性研究

鉴于生物质气化站旋风除尘器内飞灰颗粒的浓度较高且难以测量,其分离效率与高温强旋湍流场密切相关,为获得其内部飞灰颗粒的浓度分布特性,研究分离效率与生物质燃气温度及其速度的关系,借助计算流体力学(CFD)软件,并结合气化站旋风除尘器的特点建立仿真模型;然后以气化炉产出的高温燃气为研究对象,应用气体-颗粒耦合模型对风流-飞灰的耦合运移情形进行数值研究。结果表明:旋风除尘器环形空间内出现"顶灰环"现象;筒体空间对飞灰的分离能力明显优于环形空间;锥体和筒体内颗粒浓度分布曲线为两边高、中间低的浴盆曲线;燃气温度升高,飞灰在同一径向位置的浓度升高;旋风除尘器分离效率有随燃气进口速度的增加而先增高后降低的趋势。     

薄膜结构的气弹动力失稳临界风速

笔者采用解析方法研究了三维薄膜结构的气弹失稳临界风速。首先应用薄壳的无矩理论建立了薄膜结构的动力平衡方程 ;随后假设来流为均匀的理想势流 ,考虑流固耦合作用 ,采用不考虑流动分离和考虑流动分离两种气弹模型应用流体力学中的势流理论 ,并参考空气动力学中的薄翼型理论 ,确定了作用于薄膜表面的气动力 ,得到了两种模型情况下薄膜结构的气弹动力耦合作用方程 ;进而利用Bubnov Galerkin方法将此耦合作用方程转化为一常系数二阶微分方程 ,并根据Routh Hurwitz稳定性准则确定了薄膜的失稳临界风速 ;最后通过对临界风速的影响因素进行分析并对两种模型得到的结果进行比较 ,得到了一些重要结论。     

不同喷嘴类型静电旋风水膜除尘系统配置优化实验研究*

为对比加宽版吹风喷头、1 mm孔径广角实心喷嘴和组合型喷嘴配置下的静电旋风水膜除尘系统的除尘效果,对进口风速、静电电压和单位面积流量3个单因素进行实验。研究结果表明:借助SPSS软件正交实验设计得出各喷嘴最佳参数、除尘效率影响因素排序均为进口风速＞静电电压＞单位面积流量。在各喷嘴最佳参数下,除尘性能排序为组合型喷嘴>加宽版吹风喷头>1 mm孔径广角实心喷嘴。在组合型喷嘴最佳参数（进口风速12.03 m/s、单位面积流量1.02 L/(m2·s)、电压45 kV）下,当进口风速不变时,除尘系统的分级除尘效率随粉尘颗粒粒径的增大而增大,但增幅不断地变缓,粒径约为40 μm时分级效率近似达到100%;当粉尘颗粒粒径不变时,分级效率随进口风速的增大呈现递减的趋势,粒径越大下的分级效率越接近。     

室内多因素条件下香烟颗粒粒谱动态分布特征

烟颗粒粒径分布和浓度变化是探测香烟阴燃火灾初期的重要参数,研究香烟阴燃过程烟颗粒粒谱分布对火灾探测具有指导意义。实验通过在室内有风条件下展开,研究风速、位置、时间、烟源等因素对烟颗粒的粒径分布和形成规律的影响。结果表明:1随着时间的推移,GMD(Geometric Mean Diameter,几何平均直径)变大,烟颗粒数量浓度增加,但粒谱分布逐渐趋于稳定。2风速对颗粒粒谱形成的影响较为复杂,随着风速的增加,气流扰动加剧,烟颗粒浓度增加,GMD有减小的变化趋势。3在不同的位置,有风条件下烟颗粒随着气流迁移,最终在壁面处进行积累,离烟源越远位置,沿着风速方向浓度和GMD均变大。4烟颗粒的初始浓度也影响烟颗粒粒谱分布和运动特征,烟源数量越多,初始浓度越大,形成的烟颗粒浓度和GMD越大。     

纵向风速对隧道内烟气发展影响的实验研究

通过在鹰嘴岩隧道内的现场模拟火灾试验,对不同纵向通风速率下隧道内烟气发展过程进行了研究。结果表明,纵向风速和火源大小均对烟气层沉降有重要影响。相比之下,纵向风速对烟气层沉降的影响更大;火源位置较高时,烟气层热膨胀力较大,在距离火源一定距离外仍可产生上游方向的烟气逆流;一定坡度的隧道在某种条件下可以产生"弱烟囱效应",导致烟气向下游方向的流速增加。在隧道设计中可以考虑利用这一点来增加排烟效率。     

输煤巷道通风排尘特征参数数值模拟优化研究

针对输煤巷道煤炭运输过程中煤尘污染问题,利用数值模拟的方法,对不同风速下的煤尘颗粒运移规律、巷道底板沉积煤尘粒子扬尘规律进行模拟。通过对两种模拟结果进行对比分析,确定在一般干燥巷道中排尘风速以1.5～2.7 m/s为宜,既有利于粒径小于24μm的煤尘颗粒排出井外,也有利于粒径大于24μm的煤尘颗粒沉降;并且风速+带速不超过4m/s为宜,可以把粒径小于30μm的煤尘颗粒排出井外,很好地起到风流稀释作用。并与现场实测结果进行对比,结论基本一致。     

Experimental study on inert products,moisture, and particle size effect on the minimum ignition energy of combustible dusts

Handling combustible dusts not only continues to pose a risk to industry but can also affect the safety of society. Explosion risk could be avoided or mitigated trying to guarantee inherent safety throughout the product life chain. One way to reduce the risks when dealing with combustible dust is to increase the Minimum Ignition Energy (MIE) in order to decrease combustible dust ignition sensitivity. To achieve this decrease, the inertization technique, also known as moderation, will be used. It consists of adding inert powders or humidity to the combustible dust. As sometimes end-users also must deal with the handling of flammable dusts, this study aims to find the most optimal inert for toner waste from printers and Holi powder (organic coloured dust from Indian parties), taking Lycopodium as a reference. Calcium carbonate, sodium bicarbonate and gypsum are proposed as inert materials. In addition, with the aim of giving a second use to biomass boiler waste or boiler slagging, this waste will be analyzed as inert, as well as how humidity affects the combustible dusts. Then, sodium bicarbonate will be tested at different granulometries to evaluate the effect of particle size on moderation process. The tests were carried out in the modified Hartmann apparatus or MIKE 3.0. Mechanisms such as decomposition of inert dust have been analyzed by thermogravimetric analysis (TGA)). The results show that gypsum and moisture are the best performing inert followed by calcium carbonate. Boiler slagging and solid bicarbonate contribute to a decrease in the MIE in some of the tests. The reasons for this deviation are discussed in the presented article. When sodium bicarbonate is analyzed at different particle sizes, it is found that the optimum particle size does not match the particle size of the combustible dust. According to the tests, there is an optimum point for which the inert powder provides better results.     

风速对LNG泄漏扩散过程影响的数值模拟

为研究环境风速对液化天然气(LNG)泄漏扩散过程的影响,采用Fluent建立LNG连续泄漏计算流体力学模型,开展不同风速下LNG泄漏扩散过程的数值模拟研究。结果表明,LNG泄漏扩散分为扩散初期、扩散中期、扩散后期3个阶段,扩散过程中LNG从低温重气逐渐转变成轻质气体。环境风速对气云的扩散主要体现在:低于5级风时,云团以两侧卷吸为主,气云表现为"叶状分叉"、中间低两端高,此时气云横风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而增大;而高于5级风时,云团以顶部卷吸为主,气云表现为云团坍塌、中间高两端低,此时气云垂直风向扩散较快,甲烷扩散距离与冻伤距离随风速增大而减小。初步建立了LNG蒸气云爆炸风险范围与冻伤区域和泄漏时间、环境风速的函数关系,可为爆炸风险区域和低温冻伤区域的预测提供理论支撑。     

青藏铁路临界翻车风速研究

分析了青藏铁路沿线不同季节大风平均风速、最大风速和超过8级风天数。由于空气密度随海拔上升而减小,大风对铁路运输安全的影响与低海拔地区差异较大。笔者利用车辆动力学原理建立了列车的临界翻车风速模型,研究了高寒铁路不同海拔地区和冻土地区的临界翻车风速。研究结果表明:青藏高寒铁路临界翻车风速随海拔升高而增大,而随冻土路基病害出现而降低的规律。参考英、日等国大风标准,结合青藏高原的特点,根据危险翻车风速和临界翻车风速,首次提出青藏高原铁路海拔4000m地区安全行车标准。     

Influence of dustiness on small-scale vented dust explosions

A new safety characteristic the “dustiness” according to VDI 2263 – part 9 (Verein Deutscher Ingenieure, 2008) is investigated. Dustiness means the tendency of a dust to form clouds. The paper deals with the physical reasons for the different behavior of dusts, even if they have similar properties such as particle size and density and the influence of the dustiness on dust explosions. In order to study the effects of the dustiness on dust cloud formation for different dispersion methods experiments in a vertical dust dispersion glass tube apparatus were carried out. Furthermore vented dust explosion experiments were done for two different dispersion methods and two static activation pressures.Experiments show that particle size and density are not the only factors which influence dispersibility. Particle shape, specific surface area, flow and dispersion method have an influence which can outweigh size and density. Preliminary explosion experiments showed that the dustiness has an influence on the reduced explosion pressure and flame speed in a vented 75 L test apparatus. In order to verify the results for applications in the process industries further tests with industrial scale experiments are planned.     

锌冶炼烟尘中铅汞分布及形态研究

锌精矿脱硫焙烧烟气降温过程中,烟尘的性质及其中铅汞存在形态的变化规律是冶炼烟气重金属(Pb和Hg)污染控制的重要依据。通过电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、激光粒度分析及筛分分析了不同降温收尘环节烟尘元素成分及粒度变化。烟尘主要含Zn、Fe、Ca、Cd、S、Pb元素,其累积质量分数达69.90%~77.62%,而Hg含量较低。烟尘粒径随烟气温度降低呈先增大后减小的变化规律,中位径由沸腾焙烧炉排出的28μm升至经余热锅炉降温后的36μm,再逐级降至经电收尘器后的5.6μm。据此,重点分析了Pb和Hg在烟气中的分布,并借助X射线光电子能谱(XPS)分析了其存在形态。结果表明,随烟气温度降低,烟气中Pb和Hg含量呈上升趋势,Pb由2.8%增至9.2%,Hg由4.8μg/g增至109.1μg/g。不同工艺环节的烟尘中Pb均以PbSO_4和含Pb—O键的复杂Pb配合物的形式存在。Hg变化较为明显,仅沸腾焙烧炉烟尘样品中能够检测到HgS与HgSO_4,其余工艺环节烟尘样品中无含Hg化合物的特征峰。     

基于FDS的风速对矿井火灾蔓延规律的影响研究*

为研究不同风速与火源功率共同作用下矿井火灾蔓延规律的变化,以安源煤矿378工作面为研究对象,建立FDS矿井巷道火灾全尺寸模型,设置火源功率分别为3,6 MW,风速分别为0.25,1.25,2.25,3.25 m/s的8种工况。研究结果表明:相同风速下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随火源功率增大而升高,巷道内能见度随火源功率增大而降低,且火源功率越大,能见度降到零的火灾区域越大;相同火源功率下,巷道内温度及相同位置CO浓度值随着风速增加而升高,能见度随风速增加而降低;火灾蔓延速率与风速成正比,风速的增大加速下风向火灾的发展,但会减缓上风向火势的蔓延。