进气型式对并联旋风分离器流场的影响.pdf
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1、Microcomputer Applications Vol.39,No.11,2023文章编号:10 0 7-7 5 7 X(2023)11-0073-03基金项目进气型式对并联旋风分离器流场的影响微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第11期张爱琴1,周建龙,张建广1(1西安航空职业技术学院,航空制造工程学院,陕西,西安7 10 0 8 9;2.西安煤矿机械有限公司,掘进机设计所,陕西,西安7 10 0 18)摘要:采用FLUENT软件模拟催化裂化三旋中并联旋风分离器进气型式的不同对内部流场的影响,主要对比了不同进气型式下入口处的流场分布、分离空间内的切向速度与压降的差异。研究结果表明,采
2、用U型进气型式,分离器压降与速度略大,且比较容易引起环形空间内不利于分离器的二次流动;采用D型进气型式,分离器芯管下口处向内的径向速度较大,容易形成“短路流”。2 种进气型式均会造成入口处的涡流,在气固分离过程导致颗粒的沉积以及管道的磨损,其对分离效率的影响有待试验进一步测量。关键词:旋风分离器;催化裂化三旋;内部流场;进气型式中图分类号:TQ053.2Influence of Inlet Type on Flow Field of Cyclones in Parallel(1.Department of Aeronautical Manufacturing Engineering,Xian
3、Aeronautical Polytechnic Institute,Xian 710089,China;2.Road Header Design Institute,Xian Coal Mining Machinery Co.,Ltd.,Xian 710018,China)Abstract:The influence of the inlet type on performance of the parallel cyclones is discussed.The flow field distribution at theinlet under different inlet types
4、and the differences of tangential velocity and pressure drop in the separation space are mainlycompared.The result showed that the pressure drop and velocity in up-inlet-type are slightly higher than that of the down-inlet-type,and a secondary flow is easily produced in the annular space in up-inlet
5、-type while a short circuit flow is found in down-in-let-type.Both the two inlet types cause cross flow,which may lead to particle deposition and pipe wear in the process of gas-solid separation.The influence of the pattern of inlet tube on the separation efficiency needs to be tested and further me
6、asured.Key words:cyclone;FCC;internal flow field;inlet type的速度分布,对并联旋风分离器内部流场产生了很大的影0引言响。针对上述问题与设想,本文采用数值模拟的方法,系统旋风分离器是一种利用离心力进行气固分离的设备,结研究上进气(U)、下进气(D)对并联旋风分离器气相流场的构简单、无运动部件、维护方便、价格低廉,可耐高温、高压,影响。并适用于含尘量很高的场合,因而被广泛地应用于石油化工、大气污染控制、燃煤发电等行业中。炼油厂催化裂化高温烟气能量回收系统中,第三级旋风分离器是关键设备,对于回收昂贵的催化剂、确保整个装置的平稳运行有很重要的作
7、用。目前,我国催化裂化装置中的三旋主要是多管式三旋。随着催化裂化工艺技术的快速发展,现有的三旋装置已经不能满足使用要求,严重影响了能量回收系统的效率。因此,迫切需要开发新型催化裂化第三级旋风分离器工程设计技术,提高我国催化裂化三旋分离技术的应用水平 1。基于前期的研究,本文主要研究进气型式对并联旋风分离气相流程的影响。并联旋风分离器进口吊装在进气管上,含尘气流在进气管内以切线方向进入并联旋风分离器,在前期研究中发现,公共进气管与分离器的吊装结构改变了分离器人口截面上基金项目:陕西省高校青年创新团队一航空关键结构件精确控形控性技术应用创新团队作者简介:张爱琴(198 8 一),女,硕士,讲师,研
8、究方向为装备结构优化与流动模拟;周建龙(198 4一),男,硕士,工程师,研究方向为煤巷快掘与支护装备;张建广(198 0 一),男,硕士,副教授,研究方向为航空关键零部件再制造技术。文献标志码:AZHANG Aiqin,ZHOU Jianlong,ZHANG Jianguangl1计算模型1.1计算模型计算模型采用4V96并联旋风分离器结构,认为分离器在等压降工况下操作,不考虑公共灰斗内的窜气现象。采用上进气(U)、下进气(D)2种型式的进气管结构。U型进气型式的并联旋风分离器中,气体由公共进气管自上而下进人分离器,进气管末端与分离器入口下方平齐。1.2网格划分采用GABMIT软件进行网格划
9、分,考虑到有限元分析计算法的特征,采用分块的网格划分方法在局部区域对网格进行加密处理,以保证计算结果的准确性3,利用 FLUENT软件进行流体流动模拟(见图1)。73Microcomputer Applications Vol.39,No.11,2023(b)D 型进气型式图12 种进气型式的进气管结构示意图1.3控制方程旋风分离器中的气相流动过程可以用不可压缩流体的连续方程和动量方程来描述 4。其流体动力学的基本方程如下。连续性方程:动量方程:(pui)+(pujui)atpgi1.4流模型动量方程中的雷诺应力项puiu,使得方程组不能封闭。对其不同的处理方法形成了不同的湍流模型,如标准ke
10、模型及其修正模型、雷诺应力输运模型等。HOEKSTRA等 5 分别采用标准ke模型、RNGk-e模型和RSM模型计算旋风分离器内部强旋流场,并与LDV实验结果进行比较。结果表明,标准k-e模型无法给出合理的切向速度和轴向速度分布,RNGk-模型只能给出大致合理的分布,只有RSM模型的模拟结果与实验结果比较吻合。CHRISTIAN6对3种模型的比较研究,得出的结论一致。雷诺应力模型是对动量方程中的雷诺应力项uju.建立输运方程,对其中引人的三阶关联项采用低阶关联项使方程组封闭。瑞动能方程:(pk)at瑞动能耗散率方程:a(pe)at雷诺应力方程:a(pukuiu)=tak式中,P;=p(uukk
11、2g=-Cipku;uj基金项目Ci1.5计算方法考虑到旋风分离器内的三维强旋端流流动,在计算过程中,压力与速度耦合方程选用SIMPLE算法,对流项的插值格式选用QUICK格式,压力插值算法采用PRESTO!。2不同进气型式下并联旋风分离器的速度分析(1)人口截面的速度分布(a)U型进气型式图2 为不同进气型式分离器人口截面的速度分布云图,取并联结构中A分离器人口截面的速度进行对比。a(pui)=0ataxi(puju.)dk从+a.xkCapu-Cep%(u.u)+P;+i+eiau+u,uk3微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第11期2;30eda(pu:u.u,)(1)aPaui十(
12、2)pipe(3)(4)(5)2(p374.40.0038.3336.6725:0 033.3331.6730.0028.3326.6725.0023.3321.6720.0018.3316.6715.0013.3311.6710.008.336.675.003.331.670(a)D型图2 不同进气型式的并联旋风分离器人口截面上速度分布云图由图2 可知,2 种进气型式的并联旋风分离器人口截面上的速度分布有所不同。采用U型进气型式时,靠近分离器顶板的位置速度较高,而靠近芯管下口处的速度较小。采用D型进气型式时,分离器人口截面的速度分布与U型进气型式正好相反。这是由于在直角弯管的流动中流体流动方
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