軸流式氣液旋流分離器的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離技術(shù)已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，目前對(duì)這種分離技術(shù)的工程應(yīng)用較多，而氣液兩相流動(dòng)與分離的基礎(chǔ)研究偏少，使得工程設(shè)計(jì)往往帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性成分，無(wú)法適應(yīng)工藝條件的變化，還沒(méi)有完全發(fā)揮出這種分離器的優(yōu)點(diǎn)與潛力。本文以實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和數(shù)值計(jì)算為手段，發(fā)展中的現(xiàn)代多相流理論、湍流原理、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論和多相旋流分離理論為指導(dǎo)，在最新研制的軸流導(dǎo)葉式氣液旋流分離器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上

2、，對(duì)氣液旋流分離技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論研究。 軸流式氣-液旋流分離器內(nèi)的流動(dòng)是復(fù)雜的三維強(qiáng)旋多相湍流，氣液兩相的分離過(guò)程是液滴離心沉降和碰撞聚結(jié)、破碎的復(fù)合過(guò)程，其分離性能不僅受液滴在時(shí)均流場(chǎng)中離心沉降的影響，還受湍流場(chǎng)中液滴在脈動(dòng)速度作用下，相互間的碰撞、團(tuán)聚、破碎以及液相擴(kuò)散的影響。本研究采用多普勒激光測(cè)速儀對(duì)軸流式氣液旋流分離器內(nèi)的時(shí)均速度、脈動(dòng)速度進(jìn)行了測(cè)量，研究了軸流式氣液旋流分離器內(nèi)時(shí)均流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和湍流特性。并對(duì)流場(chǎng)內(nèi)各

3、部分湍流的各向異性進(jìn)行了分析，考察了導(dǎo)葉導(dǎo)角和流量變化對(duì)時(shí)均流場(chǎng)的影響。結(jié)果顯示：旋流器內(nèi)部時(shí)均流場(chǎng)切速度呈現(xiàn)為準(zhǔn)Rankin渦結(jié)果，軸速度由外圍的下行流和內(nèi)部的上行流構(gòu)成。湍流強(qiáng)度受結(jié)構(gòu)影響嚴(yán)重，在近壁處較大。在分離空間，湍流表現(xiàn)為各相異性。 采用Reynolds應(yīng)力模型（RSM）對(duì)軸流式氣液旋流分離器內(nèi)部湍流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示：RSM模型得到的旋流器內(nèi)時(shí)均速度與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完

4、全吻合，預(yù)測(cè)的流場(chǎng)內(nèi)壓力差要大于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但分布趨勢(shì)完全相同，RSM數(shù)值計(jì)算旋流器內(nèi)各向脈動(dòng)速度與LDV實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相差很大，說(shuō)明RSM模型并不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)旋流場(chǎng)內(nèi)的湍流特性，還需進(jìn)一步完善。 對(duì)三維強(qiáng)旋多相湍流中液滴間的碰撞、團(tuán)聚和破碎機(jī)理進(jìn)行理論分析，建立了旋流場(chǎng)中液滴破碎、碰撞團(tuán)聚和碰壁的機(jī)理模型，結(jié)合離散相模型（DPM）對(duì)流場(chǎng)內(nèi)液滴的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)分散液滴在旋流場(chǎng)內(nèi)的破碎、碰撞聚結(jié)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，研究了旋流場(chǎng)中