不同组合式旋风分离器分离性能的数值研究

;不同组合式旋风分离器分离性能的数值研究-本科毕业论文答辩专业班级:**答辩人:**学号:**指导教师:**中国石油大学（华东）1.课题研究背景、意义及内容2.数值模拟方案的确定3.不同组合式旋风分离器内气相流场研究4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究5.结论1.课题研究背景、意义及内容中国石油大学（华东）能量回收系统能量回收系统•催化裂化中的能量回收系统，核心设备为烟气轮机；•进气要求—10μm颗粒3%;•对再生烟气进一步净化，降低小颗粒含量;•第三级旋风分离器；中国石油大学（华东）立管式卧管式现有常用旋风分离器1.单管高效难发挥，抗返混能力差2.导向叶片加速气体，粉碎催化剂3.对小粒径颗粒的分离能力有限4.管径小，难加耐磨层5.膨胀节损坏失效6.结构复杂，不便修理工程中存在的问题1.课题研究背景、意义及内容中国石油大学（华东）不同串连形式旋风分离器结构逆串正串800正旋式串联-第二级分离器入口：大颗粒靠近外侧，小颗粒靠近内侧800逆旋式串联-第二级分离器入口：大颗粒靠近内侧，小颗粒靠近外侧800正旋式串联-第二级分离器入口：大颗粒靠近外侧，小颗粒靠近内侧800逆旋式串联-第二级分离器入口：大颗粒靠近内侧，小颗粒靠近外侧1.课题研究背景、意义及内容中国石油大学（华东）1.两种组合形式的气相流场对比，包括气相速度矢量图、流线图、湍流强度分布等；2.两种组合形式的固相流场对比，包括颗粒相浓度场、颗粒轨迹、颗粒逃逸及捕集统计和效率曲线，初步预测组合式旋风分离器的性能特点；3.对比从不同入射位置入射颗粒的运动轨迹和捕集情况，寻找入射位置与分离性能之间的关系；4.统计不同结构各粒径颗粒的粒级效率，对比找出较优结构；1.课题研究背景、意义及内容中国石油大学（华东）1.课题研究背景、意义及内容2.数值模拟方案的确定3.不同组合式旋风分离器内气相流场研究4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究5.结论2.数值模拟方案的确定中国石油大学（华东）几何模型区域划分网格划分研究方法Gambit软件建立模型Fluent软件流场模拟后处理2.数值模拟方案的确定中国石油大学（华东）边界条件与计算方法1）入口条件：VELOCITY_INLET（速度入口）2）出口条件：OUTFLOW（自然出流）3）内部截面：INTERIOR（内部面）4）壁面设置为WALL边界条件气相流场模拟1）湍流模型：标准к-ε、RNGк-ε、RSM2）差分格式：QUICK格式3）压力插补格式：PRESTO！格式4）计算方法：SIMPLE数值求解算法颗粒相流场模拟1）气固两相数值模拟：DPM模型2）颗粒运动轨迹：随机轨道模型后处理软件1）excel2）OriginPro83）tecplot360中国石油大学（华东）1.课题研究背景、意义及内容2.数值模拟方案的确定3.不同组合式旋风分离器内气相流场研究4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究5.结论3.不同组合式旋风分离器内气相流场研究正逆串结构切向速度对比201040-40-20-30-10102030-3030-10-20XYZ-304050-50-4030-1001040-40-2030-1010-5050XZ正串逆串切向速度，主导地位，分离效率，对称分布，准强制涡，准自由涡中国石油大学（华东）逆串高于正串3.不同组合式旋风分离器内气相流场研究正逆串结构轴向速度对比轴向速度影响分离效率；逆串结构轴向速度整体较大；近壁面处速度梯度较大；逆串结构分离锥体的轴向速度对称性较差；中国石油大学（华东）3.不同组合式旋风分离器内气相流场研究中国石油大学（华东）正逆串结构速度矢量图对比通过环形空间的速度矢量图对比发现：（1）两种结构在第二级的排气管入口处都存在明显的短路流，说明串联的组合方式对短路流不会产生明显改善。（2）正串结构在环形空间的顶部有涡流产生，会导致顶灰环出现。（3）此处短路流将严重影响分离效率。（4）逆串结构的内旋流波动较大。3.不同组合式旋风分离器内气相流场研究正逆串结构速度流线图对比图示为二维合成速度流线图，流线图便于观察流体运动轨迹。（1）正串结构环形空间顶部存在明显的涡流。会夹杂着粉尘形成“顶灰环”，严重影响分离器性能.（2）沿轴向下，两种结构都存在局部涡流。涡流中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）1.课题研究背景、意义及内容2.数值模拟方案的确定3.不同组合式旋风分离器内气相流场研究4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究5.结论4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究中国石油大学（华东）在吴飞雪，吴小林等人的研究中发现，从入口不同区域进入的颗粒在进入蜗壳部分以后,其运动轨迹有着很大差异，故可以分区讨论。参考《PV型旋风分离器内颗粒轨迹计算的初步探讨》4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究中国石油大学（华东）各粒径颗粒从不同入射位置入射轨迹1区2区3区正串5μm采用点入射方式，监测运动轨迹；2区入射粒级效率明显高于其他两个区；尤其是1μm~3μm小粒径颗粒；点入射4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究正串3μm逆串3μm不同结构浓度场对比1.粒径增大，出口浓度降低，分离效率提高；2.逆串结构颗粒浓度总体低于正串结构；面入射中国石油大学（华东）1μm3μm5μm红线所示为监测位置4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究中国石油大学（华东）第二级分离器入口浓度分布正串逆串通过两级串连方式，实现第二级入口浓度分布情况的改变，以此提高小颗粒的分离效率。第一级分离器实现大颗粒靠近一侧分布；第二级通过不同串连方式实现大颗粒靠近内侧或外侧分布。4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究1μm小颗粒5μm大颗粒1.串联结构的粒级效率高于单管；2.逆串结构对小颗粒分离能力高于正串结构；3.对大颗粒的分离能力，二者相近；靠近一侧分布粒级效率对比中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）1.课题研究背景、意义内容2.数值模拟方案的确定3.不同组合式旋风分离器内气相流场研究4.不同组合式旋风分离器内固相流场研究5.结论中国石油大学（华东）5.结论气相流场的特点：（1）直切式旋风分离器分离单管的气相流场中，切向速度由中心向两边先增大后减小；（2）正串结构与逆串结构气相流场对比发现：第二级分离器内部，逆串结构的内旋流较正串结构而言存在些许摆动现象；在两种结构内部流场均存在短路流、局部涡流的现象；固相流场的特点：（1）不同位置入射颗粒的粒级效率是不同的，按照本文中描述的分区方法，从2区入射颗粒更容易被分离，1μm颗粒的粒级效率就可以达到77%左右。（2）通过两级串连的方式，逆串结构实现大颗粒靠近内侧分布；正串实现大颗粒靠近外侧分布，前者分离效率明显高于后者。（3）对于同一粒径颗粒的分离,串联结构比单管的分离效率高30%左右，说明串联结构可以明显提高小颗粒的分离能力。逆串结构对1μm~5μm小粒径颗粒的分离能力比正串结构高约5%。中国石油大学（华东）欢迎各位老师提出宝贵意见！！