旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟VIP免费

收稿日期:2008-01-26基金项目:国家/8630计划项目(2006AA06Z224)作者简介:金有海(1956-),男(汉族),安徽无为人,教授,博士生导师,从事气固分离技术研究。文章编号:1673-5005(2008)06-0109-04旋风分离器排气管内气相流场的数值模拟金有海,姬广勤,曹晴云,王建军(中国石油大学机电工程学院,山东东营257061)摘要: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。关键词:旋风分离器;排气管;气相流动;数值模拟中图分类号:TQ05118文献标识码:ANumericalsimulationofgas-phaseflowfieldinvortexfinderofcycloneseparatorsJINYou-ha,iJIGuang-qin,CAOQing-yun,WANGJian-jun(CollegeofMechanicalandElectronicEngineeringinChinaUniversityofPetroleum,Dongying257061,China)Abstract:BasedonReynoldsstressmode,lthethree-dimensionalgas-phaseflowfiledincycloneseparatorwithtangentialinletwassimulated,andthecharacteristicsofgasflowfieldinthevortexfinderandtheinfluenceofthediameterofvortexfinderongas-phaseflowfieldwereespeciallyanalyzed.Theresultsshowthathighgasswirlingintensity,shearflowcharac-teristicsoftheaxialvelocityandreverseflowarecontributedtotheenergylossinthevortexfinder.Whenthediameterofvor-texfinderdecreases,thedownwardflowdecreasesandthetangentialvelocitiesofthewholecycloneseparatorincrease,butthepressuredropincreasesatthesametime.Keywords:cycloneseparators;vortexfinder;gasflow;numericalsimulation旋风分离器内是复杂的三维湍流流场,实验测量困难,并且获得的实验数据有限。五孔球探针与热线风速仪为接触式测量方法,对流场有干扰;激光多普勒测速仪(LDV)与颗粒图像测速仪(PIV)的测量精度高,但在旋风分离器内离心力场中受示踪粒子的限制,测量的难度大,成本高。目前随着计算流体力学(CFD)的发展和商用软件的应用普及,对强旋流动的模拟已经达到一定的精度。已有学者采用多种湍流模型,如k-E模型[1-2]、雷诺应力模型(RSM)[3-5]和大涡模型[6-7]研究旋风分离器内的流场,从模拟结果和目前的计算机水平看,以用RSM模型为宜。笔者针对直切式旋风分离器,采用FLU-ENT612流体计算软件提供的RSM模型对三维气相流场进行数值模拟,分析排气管内流场特点,研究不同排气管直径对气相流场的影响规律,为优化旋风分离器结构参数提供参考。1几何和数学模型111几何模型与网格划分直切式旋风分离器的结构尺寸如图1所示。筒体直径为170mm,进气口尺寸为43mm@85mm,坐标原点取在旋风分离器顶盖的中心轴线上,向下为正。考虑到进气管与筒体连接处的尖锐程度,采取分区生成网格的办法。不同区域内分别采用了结构化和非结构化网格,网格节点数为33万个。112数学模型和边界条件采用雷诺应力模型(RSM)模拟旋风分离器内非稳态不可压缩湍流流动,使用有限体积法建立离2008年第32卷中国石油大学学报(自然科学版)Vo.l32No.6第6期JournalofChinaUniversityofPetroleumDec.2008散方程,采用QUICK差分格式和SIMPLE算法求解控制方程。图1直切式旋风分离器结构Fig.1Structureoftangentialcycloneseparator(1)入口边界条件:入口气流为常温状态的空气,入口速度按实验值给定,即vi=11147m/s。(2)出口边界条件:按充分发展管流条件处理,所有变量在出口截面法向上梯度为零,即5<5z=0。为此在计算中将旋风分离器的出口管路加长,以保证充分发展条件的成立。(3)壁面边界条件:采用无滑移条件,对近壁网格点用壁面函数近似处理。2计算结果及其分析211计算值与实验值的对比为了检验计算模型的可靠性,将流场模拟结果与王建军[8-9]利用激光Doppler测速仪(LDV)对同尺寸旋风分离器测量的结果进行对比,见图2。从图中可以看出,不同流动区域内气流的切向速度轴向速度计算值与实测值均吻合较好。由此表明,所...