径向喷射规整旋流器内部流场研究.pdf

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1、２０１４年第４２卷第４期流体机械１１文章编号：　１００５－０３２９（２０１４）０４－００１１－０６径向喷射规整旋流器内部流场研究翁建松，刘根凡，麦浚宇（华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北武汉４３００７４）摘要：为了揭示径向喷射规整旋流器（ＲＪＣ）的高效分离机理，在非稳态下采用雷诺应力模型（ＲＳＭ）对其内部气相流场进行了数值模拟。与Ｓｔａｉｒｍａｎｄ型旋风分离器（ＳＣ）对比发现，ＲＪＣ的流场更具有轴对称性，切向速度值更大，短路流量更小，更有利于细小颗粒的分离，但是ＲＪＣ的压降较大。对比“圆柱”型内筒和“圆锥”型内筒２种情况下ＲＪＣ的短路流量发现，内筒为

2、“圆锥”时，ＲＪＣ的短路流量更小。关键词：旋风分离器；数值模拟；短路流量；ＲＳＭ；流场中图分类号：　ＴＨ１３８；ＴＫ２３３．４　　　　文献标志码：　Ａ　　　　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０３２９．２０１４．０４．００３ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＦｌｏｗＦｉｅｌｄｉｎＲａｄｉａｌＪｅｔＣｙｃｌｏｎｅＷＥＮＧＪｉａｎｓｏｎｇ，ＬＩＵＦｅｎｆａｎ，ＭＡＩＪｕｎｙｕ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｌＣｏｍｂｕｔｉｏｎ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈ

3、ｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ＴｏｒｅｖｅａｌｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＲａｄｉａｌＪｅｔＣｙｃｌｏｎｅ（ＲＪＣ），ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｏｎｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｕｎｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅｕｓｉｎｇＲｅｙｎｏｌｄｓｓｔｒｅｓｓｍｏｄｅｌ．ＣｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅＳｔａｉｒｍａｎｄＣｙｃｌｏｎｅ（ＳＣ），ｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎＲＪＣｈａｓａｍｏｒｅａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｌａｒｇｅｒｔａｎｇｅｎｔｉａｌｖｅｌｏｃ

4、ｉｔｙａｎｄｓｍａｌｌｅｒｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｆｌｏｗｒａｔｅｗｈｉｃｈｅｎｓｕｒｅｓｂｅｔｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｂｕｔｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐｉｓｈｉｇｈｅｒ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｆｌｏｗｒａｔｅｏｆａＲＪＣｗｉｔｈａｃｏｎｅｓｈａｐｅｉｎｎｅｒｓｈｅｌｌｉｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈａｔｗｉｔｈａｃｙｌｉｎｄｅｒｓｈａｐｅｉｎｎｅｒｓｈｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｃｙｃｌｏｎｅｓｅｐａｒａｔｏｒ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＲＳＭ；

5、ｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｆｌｏｗｒａｔｅ；ｆｌｏｗｆｉｅｌｄ１　前言离器离心力场和层流场耦合，可以完全分离０．１～［７］５．０μｍ的呼吸性微细颗粒；中国石油大学设计旋风分离器是一种离心分离设备，由于结构的一种动态旋风分离器，有一个由竖排小管或者简单，成本低，能耗小，被广泛应用于大气污染控叶片组成的旋转排气管来代替传统旋风分离器中制、工业生产中粉体物料的气固分离工艺过程。的升气管，使得微小颗粒在旋转排气管中进行二现代高效旋风分离器对于大于５μｍ的颗粒已经次分离，可以基本除净１．７μｍ以上的颗粒。有较高的分离效率，但是对于５μｍ以下的超细颗本文研究的径向喷

6、射规整旋流器（ＲＪＣ）是一［１］粒的分离在工业上一直没有大的进展。为了种新型的旋风分离器，在结构上进行了创新设计，［１１］提高旋风分离器对细小颗粒的捕集效率，国内外用于提高对超细颗粒的分离效率。郑晨雨对研究者做了大量的研究：一些研究者优化了传统ＲＪＣ进行了数学建模和计算分析，得到ＲＪＣ的临［２～５］［１２］旋风分离器结构尺寸，其中Ｅｌｓａｙｅｄ引进了人界粒径在１μｍ左右。周杰联和刘贤杰对ＲＪＣ工神经网络来对旋风分离器的整体几何尺寸进行进行了试验研究，测量了ＲＪＣ的分离效率，结果［３］优化，得到的旋风分离器性能优于Ｓｔａｉｒｍａｎｄ型表明对于平均粒径为４μ

7、ｍ的滑石粉的总分离效［６］旋风分离器；还有一些研究者在结构上进行创率达到了９３．９％，最小有效分离粒径为０．３μｍ，［７～１０］［１３］新，设计出不同形式的旋风分离器，例如其分离性能远优于普通旋风分离器。Ｂｒｏｕｗｅｒｓ发明的一种旋转颗粒分离器，将旋风分为了探究径向喷射规整旋流分离器高效分离收稿日期：　２０１３－０７－１８　修稿日期：　２０１４－０３－０６１２　　　　　　　　　　　　　　ＦＬＵＩＤＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ４２，Ｎｏ．４，２０１４机理，必须对其内部流场进行深入研究。由于试２．１　物理模型验测量困难，而且很多研究者已经

8、证明数值模拟图１为径向喷射规整旋流器结构示意，其结［５，１４～１６］方法能够准确