旋风分离器的次流分析.pptx

旋风分离器的次流分析装控1305第一组王天娇 刘伯川 刘玉东 王及尊 孙帅 李超媛 张文华0次流概念及研究意义研究意义概念 旋风分离器内的流场足一个复杂的湍流流场，次流流动对分离器的分离性能有较大的影响，分析其内部的细微结构，对改善分离器性能有重要的现实意义和工程使用价值。 旋风分离器流场中轴向速度与径向速度的合成，不利于分离，影响分离性能的各种流动状态。常见的次流运动：顶灰环（环形空间二次涡流）短路流偏流（排尘口附近的二次涡）1顶灰环 改善措施 影响 形成机理1.1 形成机理 气流进入旋风分离器后,受到涡壳结构的约束作用,直行气流开始转向形成旋转流,流体产生离心力,外侧压力增大,内侧压力减小。 而在上顶板附近,由于器壁摩擦阻力的影响,旋转气体的切向速度相对较小,压力低于下部切向速度产生的压力,气体从外侧壁的高压区域流向上部的低压区域。结果气体首先沿着外壁上升,到顶板处向内侧径向流动, 到升气管外壁处再沿着器壁下行,结果在环形空间的纵截面上形成垂直于主流的二次涡流(见图1) 。 这种二次涡流从入口开始形成一直扩展到整个环形空间 。 二次涡流的强度随着切向速度的增大而增大。 图1顶灰环 1.1 形成机理顶灰环存在的分析 进入旋风分离器环形空间的颗粒,不仅受到重力和离心力的作用,而且还受向心曳力和二次涡流中气流的上行曳力的影响。在环形空间的外顶角区域,颗粒在水平方向受到的气体切向速度产生的离心力与向心径向速度产生的曳力平衡; 而在垂直方向上行气流的曳力与颗粒的重力平衡(见图1) ,结果使颗粒悬浮在环形空间的外顶角区域。在旋转气流的作用下,悬浮颗粒跟随气流旋转,并不断有颗粒的积累,最后形成了顶灰环。 在环形空间的其他区域,颗粒的受力达不到使之悬浮的平衡,不具备产生顶灰环的条件。 气流旋转过程中,一方面顶灰环中的颗粒不断向内运动,脱离顶灰环;另一方面又不断有颗粒补充进来,形成了一个动态平衡。 顶灰环中颗粒的量与二次涡流的大小密切相关,二次涡流越强, 悬浮的颗粒越多,顶灰环的尘含量也越多。 因此, 二次涡流是产生顶灰环的主要原因。1.2 影响顶灰环对分离性能的影响 旋风分离器环形空间的顶灰环中的颗粒是在离心力的作用下浓缩到器壁上的,但没有被捕集下来,结果形成了一个颗粒扩散的灰源。 流场测量表明升气管表面气流不同于表面外的气流, 切向速度比较小,离心分离能力差,气流接近于倾斜下行,见图2 。 结果顶灰环的颗粒在二次涡流的作用下沿着升气管的外表面下行,虽然颗粒在环形空间的下行过程中存在着被分离的可能,仍有一部分通过升气管下口逃逸，降低了分离效率。图2升气管表面的气流1.2 影响 此外,顶灰环在入口区域与入口气流交汇,进口气流在外侧旋转浓度比较低,在灰带内侧旋转浓度比较高,受到入口气流的挤压,部分颗粒脱离器璧,向内旋转,直接进入升气管的短路流逃逸。 因此顶灰环的存在对颗粒的分离过程是不利的 。 在高浓度条件下的实验过程中,顶灰环的浓度和范围是比较大的,逃逸颗粒的总量比低浓度条件下的要多, 但与入口量相比是降低的,因此高浓度时旋风分离器的分离效率是增加的。图2升气管表面的气流1.2 影响 加帽旋风分离器可以消弱顶灰环和入口气流之间的互相干扰,但其顶灰环浓度远大于常规旋风分离器,灰环的范围也较大,充满了整个上部环形空间,颗粒扩散的面也随之增大.。 这样灰环中颗粒沿排气管外壁下行,直接进入排气管内逃逸的几率增大,同时高浓度灰环中颗粒的扩散能力强,这些导致了加帽旋风分离器分离效率的下降,该下降为1个百分点以上,进一步证实了顶灰环对颗粒分离过程的不利影响。1.3 改善措施 环形空间的径向速度比较低,切向速度分布比较均匀,是旋风分离器颗粒分离过程的主要部位。采用螺旋顶板旋风分离器或轴流导叶式旋风分离器虽然可以消除顶灰环,但失去了环形空间的分离功能,总的分离性能是下降的。 平顶板型旋风分离器受到旋风分离器结构形式的限制, 环形空间产生二次涡流是不可避免的,顶灰环的存在也是难以消除的。但通过以下措施都可以有效的削弱顶灰环的不利影响：(1)适当延长升气管的长度,增加顶灰环下行颗粒的路程,可以减少颗粒逃逸的几率;(2)保持升气管内径不变,加大升气管外径,降低环形空间的宽度,提高环形空间的切向速度,抑制顶灰环的增大和对分离过程的影响; (3)采用筒锥型升气管,升气管下口采用锥形结构,具有与(2 )相同的作用。 2短路流 改善措施 影响因素 形成机理2.1 形成机理形成机理： 旋风分离器环形空间内存在自筒壁流向升气管外壁的二次流，这部分夹带有待分离颗粒的气流最终会沿着升气管外壁下行，并由升气管下口排出，即通常讲的短路流（图b）。 图32.1 形成机理计算方法： 短路流中夹带颗粒量的多少直接影响分离器的效率，而短路流总量的大小也成为评估分离器性能