两种导叶式旋风管流场和气液分离性能的对比研究

发布时间：2021-12-02 17:37

　　导叶式旋风管是一种广泛应用于非均相分离领域的离心分离设备。与具有切向入口的旋风分离器不同,导叶式旋风管采用轴向入口,利用导流叶片使气体产生旋流。导叶式旋风管按气体的流动方向不同可以分为反转式旋风管和直流式旋风管两种。目前,学者对这两种旋风管在气固分离领域的应用进行了大量研究,但研究对象的尺寸差异较大,对气液分离性能的研究也相对较少。本文设计了两个尺寸相同的反转式和直流式旋风管,采用实验和数值模拟方法对二者气相流场和气液分离性能进行了对比研究。结果表明,在反转式旋风管的气相流场内,切向速度沿轴向存在明显衰减,衰减幅度达到30%,而直流式旋风管的切向速度沿轴向保持稳定,前者的切向速度普遍低于后者。反转式旋风管的排气管末端存在短路流,排气管下方存在局部涡流,直流式旋风管的排液环隙内存在上行气流。对中位粒径为4μm的水滴,在不同的结构和工况下,反转式旋风管的分离效率为38-80%,直流式旋风管的分离效率为39-89%。当入口气速在2-8m/s时,反转式旋风管的气液分离效率比直流式旋风管略高2-5%;当入口气速在8-15m/s时,直流式旋风管的气液分离效率比反转式旋风管高7-16%。当入口气速超...

【文章来源】： 中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：117 页

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
引言
第1章 文献综述
    1.1 气液分离技术的发展概述
        1.1.1 重力沉降分离
        1.1.2 惯性分离
        1.1.3 过滤分离
        1.1.4 离心分离
    1.2 反转式旋风管的研究进展
        1.2.1 反转式旋风管的工业应用
        1.2.2 反转式旋风管的流场研究
        1.2.3 反转式旋风管的结构优化
        1.2.4 反转式旋风管的理论模型
    1.3 直流式旋风管的研究进展
        1.3.1 直流式旋风管的工业应用
        1.3.2 直流式旋风管的流场研究
        1.3.3 直流式旋风管的结构优化
        1.3.4 直流式旋风管的理论模型
    1.4 液滴行为的理论研究
        1.4.1 二元液滴的碰撞
        1.4.2 液滴在气流中的破碎
        1.4.3 液滴与固体壁面的碰撞
        1.4.4 液膜在气流中的夹带
        1.4.5 旋风管中液滴行为的研究
    1.5 计算流体力学概述
        1.5.1 流体力学控制方程
        1.5.2 湍流的数值模拟方法
        1.5.3 湍流模型理论
    1.6 本章小结
第2章 两种导叶式旋风管气相流场的数值模拟对比研究
    2.1 数值模拟方法
        2.1.1 几何模型
        2.1.2 网格划分
        2.1.3 湍流模型的确定
        2.1.4 边界条件
        2.1.5 计算方法
    2.2 分离空间内气相流场对比
        2.2.1 切向速度
        2.2.2 轴向速度
        2.2.3 径向速度
        2.2.4 静压分布
        2.2.5 湍流特性
    2.3 排气管口附近气相流场对比
        2.3.1 切向速度
        2.3.2 轴向速度
        2.3.3 径向速度
    2.4 本章小结
第3章 两种导叶式旋风管气液分离性能的对比研究
    3.1 实验系统与实验方法
        3.1.1 实验系统
        3.1.2 实验介质
        3.1.3 实验参数的测量
        3.1.4 实验方案和实验步骤
    3.2 液滴相运动的数值模拟方法
        3.2.1 气液两相流计算模型
        3.2.2 DPM模型的设置
        3.2.3 边界条件
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 旋风管中不同分离效率的概念界定和数值对比
        3.3.2 对反转式旋风管中旋转水环现象的实验研究
        3.3.3 入口气速对分离效率的影响
        3.3.4 液滴行为对分离性能的影响
        3.3.5 液滴物性对分离效率的影响
        3.3.6 叶片出口角对分离效率的影响
        3.3.7 两种旋风管的阻力特性
    3.4 本章小结
第4章 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 展望
参考文献
附录A 符号说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]导叶结构对直流导叶式气液分离器性能的影响 [J]. 刘爱兰,杨帆,郭雪岩.  轻工机械. 2016(04)
[2]叶片式旋风管流场数值模拟研究 [J]. 李琦,罗敏,管西旗,韩传军,杨生红.  石油化工设备. 2015(01)
[3]PSC100型旋风单管多相分离性能的实验研究 [J]. 高光才,孙茂生,王建军,金有海.  化工机械. 2014(03)
[4]直流导叶式旋风管性能的数值模拟研究 [J]. 于洲,马春元.  化工生产与技术. 2013(06)
[5]集气站双筒卧式重力分离器运行效果评价 [J]. 刘菊荣,黄风林,宋绍富.  石油化工应用. 2013(11)
[6]直流多管式旋流分离器的分离性能实验研究 [J]. 高光才,杨风允,王建军,金有海.  化工机械. 2012(05)
[7]PSC型导叶式旋风管内颗粒返混夹带实验研究 [J]. 韩恒标,王建军,亓成刚,金有海.  石油化工设备. 2012(02)
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博士论文
[1]导叶式旋风管内气固两相流动控制与分离性能计算方法的研究[D]. 马艳杰.中国石油大学 2011
[2]催化裂化三旋内部气固两相流动分析[D]. 张建.中国石油大学 2009

硕士论文
[1]管柱式气液分离器分离性能实验研究[D]. 许承炜.中国石油大学（北京） 2017
[2]波纹板气液分离器性能的实验与模拟研究[D]. 胡雪飞.中国石油大学(北京) 2016
[3]波纹板内气液分离流场的数值模拟研究[D]. 张立峰.西安石油大学 2015
[4]直流式旋风除尘器的数值模拟与实验研究[D]. 王鲁平.清华大学 2015
[5]导叶式多管旋风分离器的数值模拟研究[D]. 管西旗.西南石油大学 2014
[6]大港石化催化裂化装置三旋选型分析[D]. 巩祥峰.中国石油大学（华东） 2012
[7]导叶式旋风管排尘口处颗粒返混夹带的实验研究[D]. 亓成刚.中国石油大学 2011
[8]新型直流导叶式旋风管的性能研究[D]. 满晓伟.中国石油大学 2011
[9]螺旋式气液分离器的分离机理及性能研究[D]. 崔航.大庆石油学院 2010



本文编号：3528877