催化裂化三旋內部氣固兩相流動分析.pdf

1、旋風分離器是利用含塵氣體旋轉時所產生的離心力將粉塵從氣流中分離出一種干式氣固分離設備。由于其具有結構簡單、高效、能承受高溫高壓等優(yōu)點，已經廣泛應用于能源、化工、冶金、環(huán)保等眾多領域。立置多管式三旋的核心部件是軸流導葉式旋風管，針對導葉式旋風管對于5μm的顆粒除塵效率較低的缺點，利用數值計算和實驗為手段，結合理論解析方法，用發(fā)展中的現代多相流理論、湍流原理、計算流體動力學理論為指導，對其內部氣固兩相流動、分離機理和壓力損失等性能特性進行深

2、入分析。 首先，為更好了解導葉式旋風管內部氣相流動機理，利用理論解析方法和數值模擬方法對旋風管內部氣相流場及壓力場進行分析。其中，從柱坐標系下的Navier-Stokes方程和連續(xù)性方程出發(fā)，建立導葉式旋風管分離柱內旋風流場渦旋流動的精確解，采用無粘性流體假設，對于流場內部進行較為全面的求解。給出了徑向速度、切向速度和軸向速度的表達式，以及壓力梯度與靜壓的解析解。利用先進計算流體動力學（Computtational Fluid

3、Dynamic，CFD）技術對于導葉式旋風管內部氣相流動規(guī)律進行數值預測，采用雷諾應力模型（Reynold Stress Model，RSM）模擬氣相流場，運用有限體積法和SIMPLEC（壓力速度耦合算法）分析了旋風管內部流場和壓力場分布。重點針對導向葉片內部流動進行分析，提出合理葉型準線設計方法。同時分析不同排氣和排塵結構對于氣相流場的影響，得到結構參數影響內部流動的一般規(guī)律。在流場分析基礎上，從導葉式旋風管阻力沿程損失方式及組成出發(fā)

4、，認為旋風管阻力可以分為進口阻力，本體內部損失，出口損失三部分，而旋風管本體阻力損失包括摩擦損失和渦流損失。在旋風管流場分析的基礎上，構建了基于阻力復合原理的旋風管阻力模型，計算表明，進口損失約占15.7％，在分離空間旋轉流場中阻力損失最大約為64.15％，而出口損失基本上屬于純能耗，占能量損失的19.79％，渦流損失為最主要的阻力損失，約為整體損失的40.88％。與試驗結果相比，基本符合導葉式旋風管的阻力分布情況。 其次，在氣

5、相流場模擬基礎上，應用Euler-Lagrange氣固兩相流理論，氣相流場采用雷諾應力模型，固相模型采用雙相耦合的顆粒離散相模型計算顆粒軌跡，并采用單元內顆粒源法計算顆粒的濃度分布。得到不同入口位置對于顆粒運動軌跡的影響規(guī)律，以及旋風管內部不同粒徑顆粒濃度分布特點，同時總結出計算導葉式旋風管分離效率和壓力損失的數值計算方法，數值預測結果與實驗結果較為吻合。然后，在流場分析基礎上，通過引進旋風管顆粒濃度分布修正因子，充分考慮旋風管內部顆粒

6、濃度分布呈現中間濃度較低，邊壁濃度較高的特點，突破了傳統(tǒng)意義上固相顆粒濃度徑向混合均一的假設，提出轉圈理論和邊界層理論相結合的新型混合的旋風管性能理論計算方法。 第三，利用數值模擬技術，研究不同操作參數下（諸如入口流量、溫度、壓力和底部灰斗抽氣等）的導葉式旋風管內部氣固兩相流動特點，有利于進一步開發(fā)設計出高效低阻型導葉式旋風管，以及進一步發(fā)展全面的旋風管氣固分離的機理模型。 最后，對于多管組合旋風管進行全模型數值分析，研