催化裂化三旋內(nèi)部氣固兩相流動分析.pdf

1、旋風(fēng)分離器是利用含塵氣體旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的離心力將粉塵從氣流中分離出一種干式氣固分離設(shè)備。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、高效、能承受高溫高壓等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于能源、化工、冶金、環(huán)保等眾多領(lǐng)域。立置多管式三旋的核心部件是軸流導(dǎo)葉式旋風(fēng)管，針對導(dǎo)葉式旋風(fēng)管對于5μm的顆粒除塵效率較低的缺點，利用數(shù)值計算和實驗為手段，結(jié)合理論解析方法，用發(fā)展中的現(xiàn)代多相流理論、湍流原理、計算流體動力學(xué)理論為指導(dǎo)，對其內(nèi)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(dǎo)葉式旋風(fēng)管內(nèi)部氣相流動機理，利用理論解析方法和數(shù)值模擬方法對旋風(fēng)管內(nèi)部氣相流場及壓力場進行分析。其中，從柱坐標(biāo)系下的Navier-Stokes方程和連續(xù)性方程出發(fā)，建立導(dǎo)葉式旋風(fēng)管分離柱內(nèi)旋風(fēng)流場渦旋流動的精確解，采用無粘性流體假設(shè)，對于流場內(nèi)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(xué)（Computtational Fluid

3、Dynamic，CFD）技術(shù)對于導(dǎo)葉式旋風(fēng)管內(nèi)部氣相流動規(guī)律進行數(shù)值預(yù)測，采用雷諾應(yīng)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(fēng)管內(nèi)部流場和壓力場分布。重點針對導(dǎo)向葉片內(nèi)部流動進行分析，提出合理葉型準(zhǔn)線設(shè)計方法。同時分析不同排氣和排塵結(jié)構(gòu)對于氣相流場的影響，得到結(jié)構(gòu)參數(shù)影響內(nèi)部流動的一般規(guī)律。在流場分析基礎(chǔ)上，從導(dǎo)葉式旋風(fēng)管阻力沿程損失方式及組成出發(fā)

4、，認為旋風(fēng)管阻力可以分為進口阻力，本體內(nèi)部損失，出口損失三部分，而旋風(fēng)管本體阻力損失包括摩擦損失和渦流損失。在旋風(fēng)管流場分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于阻力復(fù)合原理的旋風(fēng)管阻力模型，計算表明，進口損失約占15.7％，在分離空間旋轉(zhuǎn)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(jié)果相比，基本符合導(dǎo)葉式旋風(fēng)管的阻力分布情況。 其次，在氣

5、相流場模擬基礎(chǔ)上，應(yīng)用Euler-Lagrange氣固兩相流理論，氣相流場采用雷諾應(yīng)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(nèi)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(fēng)管內(nèi)部不同粒徑顆粒濃度分布特點，同時總結(jié)出計算導(dǎo)葉式旋風(fēng)管分離效率和壓力損失的數(shù)值計算方法，數(shù)值預(yù)測結(jié)果與實驗結(jié)果較為吻合。然后，在流場分析基礎(chǔ)上，通過引進旋風(fēng)管顆粒濃度分布修正因子，充分考慮旋風(fēng)管內(nèi)部顆粒

6、濃度分布呈現(xiàn)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(shè)，提出轉(zhuǎn)圈理論和邊界層理論相結(jié)合的新型混合的旋風(fēng)管性能理論計算方法。 第三，利用數(shù)值模擬技術(shù)，研究不同操作參數(shù)下（諸如入口流量、溫度、壓力和底部灰斗抽氣等）的導(dǎo)葉式旋風(fēng)管內(nèi)部氣固兩相流動特點，有利于進一步開發(fā)設(shè)計出高效低阻型導(dǎo)葉式旋風(fēng)管，以及進一步發(fā)展全面的旋風(fēng)管氣固分離的機理模型。 最后，對于多管組合旋風(fēng)管進行全模型數(shù)值分析，研