环流式旋风除尘器内流场的数值模拟

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第2卷第3 I期2 0年 6月 07

高校化学工程学报J u a fCh mia gnern fCh n s ie st s or l n o e cl En i eigo ie eUnv rie i

NO3、0. .,1 2l

Jn 2 0 ue 07

文章编号： 10 -0 52 0 )30 1-6 0 39 1 (0 70 -4 lO

环流式旋风除尘器内流场的数值模拟谷新春，王伟文，王立新，陈光辉，李建隆

(青岛科技大学化工学院，山东青岛 2 64) 602摘要；采用 C D模拟软件 F e t . F ln6 u 2提供的雷诺应力模型( S对环流式旋风除尘器内的流场进行了数值模拟研 R M)

究。并与热线热膜风速仪实验测试结果进行了比较。模拟结果与实验结果基本吻合。结果表明：环流式旋风除尘器特殊的流路设计，避免了内外旋涡的相互干扰，增强了旋转速度，规整了流形，减小了强湍流对性能的影响，消除了旋风除尘器易产生的短路流和二次返混，提高了除尘效率，降低了设备的压降。通过对影响除尘器性能的局部涡进行分析，为进一步优化结构提供了参考依据。 关键词：环流式旋风除尘器：流场模拟；雷诺应力模型；计算流体力学中图分类号：T 2 .;T 2 4 Q0 11 Q0 8 2文献标识码：A

Num e i a m ul to fFl w e d i r u fu ntCyco pa a o rc l Si a i n o o Fil n Ci c m l e l neSe r t rGU n c u, WANG e n WANG i, CHEN a g h, LI in- n Xi h n W i we, Lixn Gu n ui a l g J o

( ea met f hmi l n i e n, i doU i rt i c&T cn l yQn do 60 2 C i ) D pr n o e c g er g Qn a nv syo S e e eh o g, i a 64, h a t C aE n i g e i fcn o g 2 nAb t a t Th h e . m e so o fed i ic m fu n y ln e a ao ssm u ae y u i y o d sr c: et r edi n in f w l n cr u l e tc co e s p r t rwa i ltd b sngRe n l s l i

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g ni dai e c ya df rn sco fh t s mo e f S w t Fun 2 T e s i t n n e t a a vl i iee tet no e r h 6 d tb o o t l an x l o t t i i tc co e we e y ln r m e u e b I A . 0 n e o ee, a d h e x e i n a r s t c n it s a r d y F 30 a m m tr n t e p rme tl e ul s o ss we 1 wih h e l t t

c re p n n smu a in r s ls o r s o dig i l o e u t.Bo h t r s l s o t t he e u t h w t a t e ic mfue t yco e e a ao i mo e s h t h cr u l n c l n s p t r S r ra i bl o ril e aa in t a o v n i n lc l es p ao ssn et e p c l n e h m b rs u t r val e f rpatces p to h nc n e to a ycon e a t r ic h e u i i n rc a e t cu e a r r r a r r d c st e g u r m he c ne a d l s e s te d s n a n d b t e u e h a f x fo t o n e s n h u te t i e y i.Fu t em o e h e s e i u d p t s l r rh r r .t p ca f i a l l h

d sg fte cr u lu n ycon e a ao h re st e movn sa e o e fui,a oi e d su ba c e i n o ic mf e tc l e s p t rs o n h h r t ig ditnc ft d v dst itr n e h l hbewe n h i n r a d u e o t e te n e n o tr f w,a d l iae h s c n r o e a d s o ic i ow e itn n l n ei n t s t e e o day v r x n h r cr u t f m t t l x sig i

c n e to a ycon s o v n i n lc l e .Al t e e i r ve t e c l cin e nce c ft e c ru lu n y ln d lwe t l h s mp o h ol t f in y o ic mf e t

c co e a o r i e o h n s p e s r r p.Mo e v r h O a o e n t e c l n s lO a ay e .a d t e su y i ep ul t o rsuedo r o e,t e l C lv r x i h yco e Wa aS t n lz d n h t d Sh l f h f r bOu d rt digt efo m e h im ecr u lu n y l n e a ao df ri u te p o e e t n e sa n w c a s i t ic mf e tc co es p t ra sf rh ri r v m n . n h l n nh r n o t m

Ke r s cru l e t y ln e aao; f w f l i lt n R y od tes d l S; CF ywo d: i mf n co esp tr l eds c u c r o i muai; e n lss s e o r mo M) D

1前

言

旋风分离器是利用旋转气体所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的一种干式气固分离装置。 它具有结构简单、操作方便和分离效率高等优点，被广泛用于石油、化工、煤炭、冶金、电力等行业的除尘l。但是，常规旋风除尘器对于5¨ J】 m以下的粉尘除尘效率很低。为此，青岛科技大学开发出了环流式旋风除尘器(利号：Z 0 2 0 7 . t专 L 2 7 0 65。与目前石化领域普遍应用的P ) V型和G型旋风除尘器【相比， E

效率提高-2 3￣%-%,压降降低了6%左右【。但该除尘器对于3¨ 0 m以下粉尘的除尘效率仍然较低。为深

入了解除尘器内流体的流动情况，作者用 C D软件 Fun .模拟了环流式旋风除尘器内的三维流场， F let 2 6并用热线热膜风速仪进行了实验测试。为优化结构进一步提高其性能提供了依据。收稿日期；2 0-9 1;修订日期：2 0-2 1。 060 .0 0 61.1基金项目；国家自然科学基金资助项 l 22 63 )￣(0 70 1。

作者简介；谷新春( 8. 1 2,男.山东寿光人，青岛科技大学硕士生.通讯联系人t李建隆.Em i ial g i do e s o 9 ) - a l n n@q ga n . r h j o i n w ge

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高校

化

学工

程

学报

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2湍流模型的选择工程上常用的湍流模型主要有：七 - 8

双方程模型、代数应力模型0 R M) t S、雷诺应力模型( S、大 R M)涡模拟( E )】 L S【等。ke双方程模型具有简单、计算速度快的特点，在工程中得到广泛的应用[o但是七 - 5】 _ 8模型对旋转流与浮力流的模拟偏差较大。A S能够模拟湍流的各向异性，但一些研究结果【明其在 RM 6壤旋流中的应用并不成功。R M模型的优点是准确地考虑各向异性效应，如浮力效应、旋转效应、曲率效 S应和近壁效应等，因而它对于复杂流动预测有较高的精度。大涡模拟假设湍流由大小不同的涡组成，采用运动微分方程对大涡进行直接计算，而小涡对大涡的影响则通过亚格子模型模拟【。其缺点是需要比 1

较大的计算机容量，目前只能用于一些简单的流场模拟。】 旋风除尘器内是高速旋转的湍流流场，各向异性效应和旋转效应显著，适合采用 R M模型【1。本 S 9叭 .文以 Fun软件提供的雷诺应力模型(S来模拟环流式旋风除尘器内的三维流场。 l t e R M) R M湍流模型的控制方程为： S J叙=一

毒++ )L++ + ( +, + s D++ (+ )压应项= 为力变；一 为性散粘耗

式%毒毒为粘散；--u为力项中= (分性项Pp;+]应生， 子扩 o (O孺剪产： -;j u - ' u -=一

(j gO, u一

)浮产项为力生；

项=2 ( 7+t )系旋产项，源。:一 " t为统转生；为项 鹏 t U 在这些项中，G, 参考文献【】 4。

,勺以及扩散项和对流项需要建立模型方程使方程组封闭，相应模型方程可

3数值模拟31几何模型 .H1

环流式旋风除尘器的外型与常规型旋风除尘器相似，但器内增设了一个与简体同心的内件，内件中有强化分离效率的整流装置。 启用时，含尘气体从直筒段下部切向进入内件，在内件中(一次分离区)螺旋上升进行一次分离，达到分离要求的气体大部分直接从顶部排气口排出，部分气体连同固体颗粒由顶部特设旁路引入锥体，在少锥体内(二次分离区)气体先沿边壁螺旋下降再沿轴心螺旋上升返回一

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