軸流式氣液旋流分離器的試驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、軸流導葉式氣液旋流分離技術已在工程實際中得到了廣泛的應用，并取得了良好的經(jīng)濟效益。但是，目前對這種分離技術的工程應用較多，而氣液兩相流動與分離的基礎研究偏少，使得工程設計往往帶有很大的經(jīng)驗性成分，無法適應工藝條件的變化，還沒有完全發(fā)揮出這種分離器的優(yōu)點與潛力。本文以實驗研究為基礎，先進的測量技術和數(shù)值計算為手段，發(fā)展中的現(xiàn)代多相流理論、湍流原理、計算流體動力學理論和多相旋流分離理論為指導，在最新研制的軸流導葉式氣液旋流分離器的結(jié)構基礎上

2、，對氣液旋流分離技術進行實驗和理論研究。 軸流式氣-液旋流分離器內(nèi)的流動是復雜的三維強旋多相湍流，氣液兩相的分離過程是液滴離心沉降和碰撞聚結(jié)、破碎的復合過程，其分離性能不僅受液滴在時均流場中離心沉降的影響，還受湍流場中液滴在脈動速度作用下，相互間的碰撞、團聚、破碎以及液相擴散的影響。本研究采用多普勒激光測速儀對軸流式氣液旋流分離器內(nèi)的時均速度、脈動速度進行了測量，研究了軸流式氣液旋流分離器內(nèi)時均流場的結(jié)構和湍流特性。并對流場內(nèi)各

3、部分湍流的各向異性進行了分析，考察了導葉導角和流量變化對時均流場的影響。結(jié)果顯示：旋流器內(nèi)部時均流場切速度呈現(xiàn)為準Rankin渦結(jié)果，軸速度由外圍的下行流和內(nèi)部的上行流構成。湍流強度受結(jié)構影響嚴重，在近壁處較大。在分離空間，湍流表現(xiàn)為各相異性。 采用Reynolds應力模型（RSM）對軸流式氣液旋流分離器內(nèi)部湍流場進行了數(shù)值模擬。并將數(shù)值計算結(jié)果與流場實驗測定結(jié)果進行了對比，結(jié)果顯示：RSM模型得到的旋流器內(nèi)時均速度與實驗數(shù)據(jù)完

4、全吻合，預測的流場內(nèi)壓力差要大于實驗數(shù)據(jù)，但分布趨勢完全相同，RSM數(shù)值計算旋流器內(nèi)各向脈動速度與LDV實驗數(shù)據(jù)相差很大，說明RSM模型并不能準確預測旋流場內(nèi)的湍流特性，還需進一步完善。 對三維強旋多相湍流中液滴間的碰撞、團聚和破碎機理進行理論分析，建立了旋流場中液滴破碎、碰撞團聚和碰壁的機理模型，結(jié)合離散相模型（DPM）對流場內(nèi)液滴的隨機運動軌跡進行了數(shù)值模擬，對分散液滴在旋流場內(nèi)的破碎、碰撞聚結(jié)進行了數(shù)值計算，研究了旋流場中