旋風(fēng)分離器的次流分析課件

旋風(fēng)分離器的次流分析裝控1305第一組王天嬌劉伯川劉玉東王及尊孫帥李超媛張文華0次流概念及研究意義概念

旋風(fēng)分離器流場中軸向速度與徑向速度的合成，不利于分離，影響分離性能的各種流動狀態(tài)。研究意義

旋風(fēng)分離器內(nèi)的流場足一個復(fù)雜的湍流流場，次流流動對分離器的分離性能有較大的影響，分析其內(nèi)部的細微結(jié)構(gòu)，對改善分離器性能有重要的現(xiàn)實意義和工程使用價值。頂灰環(huán)（環(huán)形空間二次渦流）短路流偏流（排塵口附近的二次渦）常見的次流運動：1.1

形成機理

氣流進入旋風(fēng)分離器后,受到渦殼結(jié)構(gòu)的約束作用,直行氣流開始轉(zhuǎn)向形成旋轉(zhuǎn)流,流體產(chǎn)生離心力,外側(cè)壓力增大,內(nèi)側(cè)壓力減小。而在上頂板附近,由于器壁摩擦阻力的影響,旋轉(zhuǎn)氣體的切向速度相對較小,壓力低于下部切向速度產(chǎn)生的壓力,氣體從外側(cè)壁的高壓區(qū)域流向上部的低壓區(qū)域。結(jié)果氣體首先沿著外壁上升,到頂板處向內(nèi)側(cè)徑向流動,到升氣管外壁處再沿著器壁下行,結(jié)果在環(huán)形空間的縱截面上形成垂直于主流的二次渦流(見圖1)。這種二次渦流從入口開始形成一直擴展到整個環(huán)形空間。二次渦流的強度隨著切向速度的增大而增大。圖1頂灰環(huán)

1.1

形成機理頂灰環(huán)存在的分析進入旋風(fēng)分離器環(huán)形空間的顆粒,不僅受到重力和離心力的作用,而且還受向心曳力和二次渦流中氣流的上行曳力的影響。在環(huán)形空間的外頂角區(qū)域,顆粒在水平方向受到的氣體切向速度產(chǎn)生的離心力與向心徑向速度產(chǎn)生的曳力平衡;而在垂直方向上行氣流的曳力與顆粒的重力平衡(見圖1),結(jié)果使顆粒懸浮在環(huán)形空間的外頂角區(qū)域。在旋轉(zhuǎn)氣流的作用下,懸浮顆粒跟隨氣流旋轉(zhuǎn),并不斷有顆粒的積累,最后形成了頂灰環(huán)。在環(huán)形空間的其他區(qū)域,顆粒的受力達不到使之懸浮的平衡,不具備產(chǎn)生頂灰環(huán)的條件。氣流旋轉(zhuǎn)過程中,一方面頂灰環(huán)中的顆粒不斷向內(nèi)運動,脫離頂灰環(huán);另一方面又不斷有顆粒補充進來,形成了一個動態(tài)平衡。頂灰環(huán)中顆粒的量與二次渦流的大小密切相關(guān),二次渦流越強,懸浮的顆粒越多,頂灰環(huán)的塵含量也越多。因此,二次渦流是產(chǎn)生頂灰環(huán)的主要原因。頂灰環(huán)對分離性能的影響旋風(fēng)分離器環(huán)形空間的頂灰環(huán)中的顆粒是在離心力的作用下濃縮到器壁上的,但沒有被捕集下來,結(jié)果形成了一個顆粒擴散的灰源。流場測量表明升氣管表面氣流不同于表面外的氣流,切向速度比較小,離心分離能力差,氣流接近于傾斜下行,見圖2。結(jié)果頂灰環(huán)的顆粒在二次渦流的作用下沿著升氣管的外表面下行,雖然顆粒在環(huán)形空間的下行過程中存在著被分離的可能,仍有一部分通過升氣管下口逃逸，降低了分離效率。圖2升氣管表面的氣流1.2影響

此外,頂灰環(huán)在入口區(qū)域與入口氣流交匯,進口氣流在外側(cè)旋轉(zhuǎn)濃度比較低,在灰?guī)?nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)濃度比較高,受到入口氣流的擠壓,部分顆粒脫離器璧,向內(nèi)旋轉(zhuǎn),直接進入升氣管的短路流逃逸。因此頂灰環(huán)的存在對顆粒的分離過程是不利的。在高濃度條件下的實驗過程中,頂灰環(huán)的濃度和范圍是比較大的,逃逸顆粒的總量比低濃度條件下的要多,但與入口量相比是降低的,因此高濃度時旋風(fēng)分離器的分離效率是增加的。圖2升氣管表面的氣流1.2影響

環(huán)形空間的徑向速度比較低,切向速度分布比較均勻,是旋風(fēng)分離器顆粒分離過程的主要部位。采用螺旋頂板旋風(fēng)分離器或軸流導(dǎo)葉式旋風(fēng)分離器雖然可以消除頂灰環(huán),但失去了環(huán)形空間的分離功能,總的分離性能是下降的。平頂板型旋風(fēng)分離器受到旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)形式的限制,環(huán)形空間產(chǎn)生二次渦流是不可避免的,頂灰環(huán)的存在也是難以消除的。但通過以下措施都可以有效的削弱頂灰環(huán)的不利影響：(1)適當(dāng)延長升氣管的長度,增加頂灰環(huán)下行顆粒的路程,可以減少顆粒逃逸的幾率;(2)保持升氣管內(nèi)徑不變,加大升氣管外徑,降低環(huán)形空間的寬度,提高環(huán)形空間的切向速度,抑制頂灰環(huán)的增大和對分離過程的影響;(3)采用筒錐型升氣管,升氣管下口采用錐形結(jié)構(gòu),具有與(2)相同的作用。1.3改善措施形成機理：旋風(fēng)分離器環(huán)形空間內(nèi)存在自筒壁流向升氣管外壁的二次流，這部分夾帶有待分離顆粒的氣流最終會沿著升氣管外壁下行，并由升氣管下口排出，即通常講的短路流（圖b）。

圖32.1

形成機理環(huán)形空間二次渦對短路流非對稱的影響：圖4為排氣管入口附近不同方位下行流量對比。從圖4中可以看出，各個方位的下行流量差別較大，其中0°方位的下行流量最大，45°方位的下行流量最小，也說明排氣管入口附近的流場呈現(xiàn)強烈的非軸對稱性。由于簡體空間的結(jié)構(gòu)是軸對稱的，因此排氣管入口附近流場呈現(xiàn)強烈非軸對稱性主要是受到環(huán)形空間流場非軸對稱性的影響。圖4排氣管入口附近不同方位下行流量對比2.2影響因素入口氣速對短路流的影響：

圖5為不同速度時，排氣管下口附近下行流量變化，入口速度為10、20、30m／s時，其對應(yīng)短路流量分別為0．03950、0．08516、0．11456m3／s。由此可見，短路流流量與分離器進口氣速關(guān)系密切，隨著入口氣速增加，短路流流量增加。短路流量越大，對分離性能越不利。圖5不同進口速度短路流比較2.2影響因素改進措施：（1）采用具有一定截面角的進口結(jié)構(gòu)；（2）采用多進口降進口氣速結(jié)構(gòu)（需要保證進口流量對稱）；（3）加減阻結(jié)構(gòu)。2.3改善措施

形成機理

影響因素

改善措施3偏流（排塵口附近的二次渦）3.1

形成機理

圖6為排塵口附近：z=1300mm、進口氣速為20m／s，溫度為20℃時切向速度沿周向的分布。從圖6中可以看出，排塵u附近的流場極不對稱。切向速度沿周向變化明顯，特別是在內(nèi)旋流區(qū)，90°與225°處的切向速度大小相差近15m／s。另外，225°方位最小切向速度出現(xiàn)在半徑為5mm處，其他方位切向速度最小值出現(xiàn)的位置接近于分離器幾何中心，但未完全與之重合。圖6排塵口附近切向速度沿周向分布

圖8是分離空間各個截面氣流旋轉(zhuǎn)中心偏離旋風(fēng)分離器幾何中心的時均值。在接近灰斗入口處的氣流旋轉(zhuǎn)中心偏離幾何中心最嚴(yán)重，這是因為進入灰斗的下行流和從灰斗返混的氣體在此處的相互作用比較劇烈，使得氣流旋轉(zhuǎn)中心嚴(yán)重偏離了幾何中心，容易形成一些比較大的渦流。圖8氣流旋轉(zhuǎn)中心偏離幾何中心的時均值

綜上所述，排塵口附近不對稱的流場分布及偏離幾何中心的旋轉(zhuǎn)氣流是二次流的產(chǎn)生的基礎(chǔ)條件。3.1

形成機理排塵口附近二次渦的分布形態(tài):圖9和圖10分別為茗=0、Y=0縱剖面速度等值線圖?？梢钥闯觯艍m口上部的二次渦分布范圍大，沿周向分布不對稱，且尺寸大小不一。0°截面A處二次渦是由于上下行流的直接作用引起的，其位置緊靠排塵口，尺寸為排塵口直徑的一半。

圖90～180°(x=0)排塵口縱剖面速度等線圖3.1

形成機理進口風(fēng)速對排塵口附近湍流強度的影響規(guī)律:湍流強度系旋渦脈動速度和能量的度量，是脈動速度的均方根平均值。湍流強度越大，說明流體漩渦脈動速度越大。圖11為進口氣速與排塵口附近湍流強度的關(guān)系。從圖15中可以看出，隨著進口氣速由l0m／s增加到30m／s，湍流強度逐漸增加，且湍流強