軸流式氣液旋流分離器內(nèi)氣相流場的數(shù)值研究

第23卷第5期高?；瘜W(xué)工程學(xué)報No.52021年10月JournalofChemicalEngineeringofChineseUniversitiesOct. 2021文章編號：1003-9015(2021)05-0748-08軸流式氣液旋流別離器內(nèi)氣相流場的數(shù)值研究金向紅1,2, 金有海1, 王建軍1, 王振波1(1.中國石油大學(xué)(華東)多相流實驗室, 山東東營257061;2.安徽理工大學(xué)化工學(xué)院,安徽淮南232001)摘要：應(yīng)用RSM湍流模型對內(nèi)徑100mm的軸流導(dǎo)葉式氣液旋流別離器內(nèi)氣相流場進(jìn)行了數(shù)值研究，計算得到的氣流時均速度分布和壓力分布與實驗測量結(jié)果根本吻合。根據(jù)別離器內(nèi)氣相流動分布的特點可知：(1)氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度與導(dǎo)向葉片出口角有關(guān)，出口角越大，切向速度越??；(2)排氣管下口區(qū)域存在明顯的短路流分布，容易卷吸夾帶液滴進(jìn)入排氣管逃出，造成別離效率下降；(3)排氣口和排液口附近的區(qū)域氣流湍流脈動強(qiáng)度高，容易造成液滴破碎，直徑減小，從而影響別離效率。以上研究結(jié)果為軸流導(dǎo)葉式氣液旋流別離器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)一步提高別離性能奠定了根底。關(guān)鍵詞：氣液旋流別離器；流場；數(shù)值模擬；LDV中圖分類號：TQ051.84；TQ028.24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ANumericalSimulationofGas-PhaseFlowFieldinanAxialFlowTypeGas-LiquidCycloneSeparatorJINXiang-hong1,2, JINJian-jun1, Zhen-bo1(1.InstituteofMultiphaseUniversityofPetroleum(EastChina),Dongying257061,China;CollegeofChemicalEngineering,AnhuiUniversityofScienceandHuainan232001,China)Abstract:TheReynoldsStressmodel(RSM)wasusedtosimulatethegasflowinanaxialguide-vanegas-liquidcycloneseparatorwithdiameterof100mm.ThenumericalresultsofthetimemeangasvelocitydistributionandpressuredistributionareingoodagreementwiththeexperimentaldatameasuredbyLaserDopplerVelocimeter(LDV)andpressuremeasuringprobe,respectively.Accordingtothegasflowdistribution,thefollowingpointswerefound:(1)Therotationintensityofgasflowinthecycloneisrelatedtotheoutletangleoftheguide-vane.Theguide-vanewithbiggeroutletanglewillcauseasmallergastangentialvelocityinthecycloneandreducethegasflowrotationintensity;(2)Thereisastrongshort-cutflowbelowtheexitregionofthegasdischargetube,whichmakestheliquiddropleteasiertobecarriedoutfromthegasdischargetubeandreducestheseparationefficiency;(3)Thegasturbulentfluctuationisveryhighintheregionsofliquiddischargeandgasexit,whichiseasiertobreaktheliquiddropletandcausesabadseparationperformance.Thisworkcouldofferabaseforthestructureoptimizationoftheaxialguide-vanecycloneseparatorandimprovingitsseparationefficiency.Keywords:gas-liquidcycloneseparator;flowfield;LaserDoppler1引言軸流式旋流別離器在氣液非均相體系的別離過程中應(yīng)用非常廣泛[1]，尤其是組合為多管并聯(lián)使用時，具有效率高，壓降低，處理量大的優(yōu)點，典型的應(yīng)用是在天然氣長輸管線中天然氣的凈化工藝。由于受氣-液兩相流體力學(xué)開展的限制，對于氣-液旋流別離技術(shù)，以前進(jìn)行的大局部工作都是基于工程應(yīng)用的試驗研究[2~3]。即根據(jù)不同的要求開發(fā)研制不同結(jié)構(gòu)的氣-液旋流別離器，并對其別離特性進(jìn)行實驗測量和性能分析。而氣液兩相流動與別離的根底研究偏少，對于旋流器內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)特性的研究，也多集中收稿日期：2021-09-04；修訂日期：2021-01-30。作者簡介：金向紅(1965-)，男，河南駐馬店人，安徽理工大學(xué)副教授，中國石油大學(xué)博士生。通訊聯(lián)系人：金向紅，E-mail：于氣-固旋風(fēng)別離器和液-固水力旋流器[5~14]，使得氣-液旋流別離器的工程設(shè)計往往帶有很大的經(jīng)驗性成分，無法適應(yīng)工藝條件的變化，還沒有完全發(fā)揮出這種別離器的優(yōu)點與潛力。旋流器內(nèi)部流動主要是紊流狀態(tài)下的三維強(qiáng)旋流，氣液兩相的別離過程是旋流場中液滴離心沉降和碰撞聚結(jié)、破碎的復(fù)合過程。目前，試驗和經(jīng)驗的方法開發(fā)設(shè)計高性能的氣液旋流別離器，難以詳細(xì)了解旋流器內(nèi)部的流動特性，而且費時耗財。本研究利用計算流體力學(xué)軟件Fluent，采用各相異性的RSM模型，對軸流式氣液旋流器內(nèi)部氣相流場進(jìn)行數(shù)值模擬計算，同時采用美國TSI公司生產(chǎn)的多普勒激光測速儀LDV對旋流別離器內(nèi)流場進(jìn)行測量。將計算和試驗結(jié)果進(jìn)行了比照，結(jié)果顯示選擇適當(dāng)?shù)某跏紬l件和邊界條件，RSM模型能夠很好的預(yù)測軸流式氣液旋流器內(nèi)部的時均流場和壓力場，滿足我們進(jìn)行氣液旋流別離器開發(fā)、優(yōu)化設(shè)計的需要。2 實驗裝置與測試方案流場測定實驗裝置如圖1所示，由旋流別離器、抽測量系統(tǒng)(五孔探針)、管道測量系統(tǒng)等組成。軸流導(dǎo)葉式氣液旋流別離器采用Dn100徑均為60mm，旋流器全部采用有機(jī)玻璃制成。為研究導(dǎo)葉出口角度α對流場的影響，選擇α=25o和α=30o兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗。流場測量時沿別離器軸向選擇了10個測量截面，分別在排氣芯管與筒壁間的環(huán)形空間(Z1、Z2截面)，別離

圖1氣液旋流別離器流場測定試驗裝置Fig.1Experimentalequipmentsexhaustfan 2.pitottube3.cycloneseparator4.airreservoir5.aerosolproducer6.laserprobe 7.LDV截面)，以排氣管出口的軸心設(shè)為試驗坐標(biāo)原點，軸向向上為正坐標(biāo)(z>0)，向下為負(fù)坐標(biāo)(z<0)。本試驗采用后向散射式二維激光測速系統(tǒng)，只對切向和軸向速度進(jìn)行了測量。然后，采用五孔探針對各斷面的靜壓力進(jìn)行了測定。3RSM模型RSM模型是通過直接對Reynolds應(yīng)力建立微分方程式，并對連續(xù)性方程、動量方程、雷諾應(yīng)力方程以及湍動能方程建立的方程組進(jìn)行求解。ui0

(1)動量方程：u

(uu) p

u uij i ij ij

[( j i)(uu

(2)xj

xj

xjReynolds應(yīng)力方程：

)

(3)ij ij式中，方程左邊第一項為瞬態(tài)項，Cij為對流項，Dij為湍流擴(kuò)散項，為分子粘性擴(kuò)散項，Pij為雷諾剪應(yīng)力產(chǎn)生項，ij為壓力應(yīng)變項，ij為粘性耗散項。在上式各項中，Cij、DL,ij、Pij均只包含二階關(guān)聯(lián)項，不必進(jìn)行?；幚怼T，ij、ij、ij包含有未知的關(guān)聯(lián)項，需模擬為表示的式子，才能完成對雷諾應(yīng)力輸運方程的封閉。式中各項的?；椒?、計算參數(shù)選擇及湍動能方程參考文獻(xiàn)[2~6]。4 旋流器的物理模型和網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)值計算模型與LDV流場測量試驗用的軸流導(dǎo)葉式旋流別離器完全相同。旋流器計算進(jìn)口選擇排氣管外的環(huán)形截面，入口氣流軸向向下。為了保證出口盡量滿足充分開展的流動條件，選取了較長的排氣管長度，物理模型見圖2。對α=25o和α=30o兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。的方法，將整個模型分成十四局部：8片導(dǎo)葉分成8個空間分別生成網(wǎng)格)、導(dǎo)葉出口的環(huán)形空間、別離空全部采用cooper

圖2氣液旋流別離器的物理模型Fig.2Physicalmodeling

圖3氣液旋流別離器的計算網(wǎng)格Fig.3Computationalgridoftheseparator的疏密程度也不同，壁面區(qū)域以及流動復(fù)雜和速度梯度較大的地方網(wǎng)格進(jìn)行了加密，而考慮到集液槽內(nèi)流動速度梯度相對較小，網(wǎng)格相對稀疏。別離器網(wǎng)格劃分情況見圖3所示。兩種結(jié)構(gòu)采用了相同的網(wǎng)格劃分方法，整個別離器14個局部共生成431430單元。5 初始條件和邊界條件5.1 初始條件和算法選擇本研究是采用RSM湍流模型求解瞬態(tài)時雷諾應(yīng)力方程，數(shù)值計算的流動狀態(tài)保持與LDV試驗的條件一致，計算坐標(biāo)選擇與LDV測定時相同，操作溫度15℃，流體介質(zhì)為空氣，密度＝1.23kgm3，動力黏度＝1.78×105kgm1s1，為提高計算速度，同時保證計算的穩(wěn)定性，計算過程分三步進(jìn)行：1)首先在穩(wěn)態(tài)條件下，采用RNGK-湍流模型，SIMPLE算法，絕對穩(wěn)定的一階迎風(fēng)格式，設(shè)定收斂條件，對流場進(jìn)行計算,計算收斂時形成初步的渦旋流場。2)以RNGK-模型計算流場作為初始條件，用RSM湍流模型SIMPLE間離散格式采用QUICK格式，壓力差部格式采用PRESTO格式。計算至一定程度時，旋流器內(nèi)開始初步形成Rankine渦流場結(jié)構(gòu)。3)以穩(wěn)態(tài)RSMRSMURAND。對于瞬態(tài)問題PISOPISOQUICK格式。對于非定常計算，時間步長的選取會影響計算結(jié)果的精度，時間步長可用式txminu中xmin為最小網(wǎng)格尺寸，本研究中：xmin0.66mm；u為流場時均速度，這里近似取計算入口流速：u5.86ms1，計算得：t1.1104s，計算時間步長選擇1×104s。5.2 入口邊界條件流場數(shù)值計算從進(jìn)口截面開始，旋流器進(jìn)口截面選擇排氣管外的環(huán)形截面，進(jìn)口邊界類型采用速度進(jìn)口(VELOCITY-INLET)，采用垂直于進(jìn)口截面的軸向進(jìn)料。初始計算入口處的湍流強(qiáng)度K和3湍動耗散率ε可通過以下公式計算[7~11]：

Iu'/u0.16Re

1/8

；k3uI2；

C4k 3 22 lu'和u分別是湍流脈動速度與平均速度，Re 為按水力直徑D計算得到的入口雷諾數(shù)，按由式HDRe DHuin

計算得到。其中l(wèi)為湍流特征尺寸，l0.07DH，C為經(jīng)驗常數(shù)，約為0.09。計算得到入口邊界條件為uinu5.86ms5.3 出口邊界條件DHD

1.231040.05m2sm2s

3。動的位置，計算排氣管長度取排氣管內(nèi)徑的10倍，在這里，流動充分開展，該面上的所有變量(除壓力外)沿法向上的梯度為0，即/z0，式中，為u、v、w、k、等變量，z為出口截面法向，這里為軸向。5.4 固體壁面邊界條件計算模型采用無滑移邊界，假設(shè)為光滑外表。由于在靠近固體壁面的區(qū)域內(nèi)，流體流速較低，處于層流狀態(tài)，層流底層的粘性作用占優(yōu)，而湍流擴(kuò)散相對減弱,因此高雷諾數(shù)下的湍流輸運方程已不能嚴(yán)格有效,在FLUENT中，近壁處用標(biāo)準(zhǔn)壁函數(shù)來計算[2~7]。6 RSM模擬結(jié)果及其與試驗數(shù)據(jù)比照6.1 時均速度的數(shù)值模擬結(jié)果及其與LDV實測值比照圖4、圖5、圖6是α=25o，Q＝70m3h1時，數(shù)值計算得到的t=0.8837s時旋流器內(nèi)過軸線縱剖面(x=0)的切向、軸向和徑向速度云圖。 圖4RSM模擬縱剖面(x=0)切向速度分布云圖Fig.4Tangentialvelocityprofilesintheseparator(x=0)

圖5RSM模擬縱剖面(x=0)軸向速度分布云圖Fig.5Axialvelocityprofilesintheseparator(x=0)圖4顯示，旋流器內(nèi)的切向速度分布是軸對稱的。在別離空間和集液槽內(nèi)，切向速度呈現(xiàn)由內(nèi)旋流的準(zhǔn)強(qiáng)制渦和外旋流的準(zhǔn)自由渦組成的Rankin渦，在內(nèi)外旋流的交界處，存在一個最大切向速度，最大切速度值沿軸向向下幾乎不變，略有衰減，最大切速度的位置在排氣管的出口邊緣內(nèi)側(cè)，在筒節(jié)段，最大切速度位置沿軸向向下幾乎不變，略小于排氣管內(nèi)徑，而進(jìn)入錐段，最大切速度點沿軸向向下向軸心靠攏，在別離空間最大切速度面與筒體結(jié)構(gòu)近似呈管錐形。集液槽內(nèi)切向速度要低于別離空間，但數(shù)值仍然較大，且最大切向速度位置更接近于軸線。在進(jìn)口的環(huán)形空間，切向速度除了在壁面附近因黏滯內(nèi)層影響而較小外，其它部位接近于均勻分布。排氣管內(nèi)的切向速度呈完全的準(zhǔn)強(qiáng)制渦，切速度隨半徑而增大。圖5顯示，流場內(nèi)的軸向速度分布呈軸對稱。在別離空間和集液槽內(nèi)軸速度由內(nèi)側(cè)的上行流和外圍的下行流組成，軸心處軸速度約為0，上下行流的交界處有一個零軸向速度包絡(luò)面狀相似。軸速度沿軸向向下略有衰減。別離空間最大軸速度位于排氣管的出口邊緣內(nèi)側(cè)，與最大切速度位置接近。集液槽內(nèi)軸向速度遠(yuǎn)小于別離空間。環(huán)形空間是較大的下行軸速度，邊壁處存在速度梯度，呈凹形。排氣管內(nèi)軸向速度全部向上，軸心附近接近于0，沿徑向向外逐漸增大，管壁附近最大，分布趨勢與切向速度的相同。圖6顯示，整個旋流器流場徑向速度都很小，但分布非常復(fù)雜。從圖中可以看到，在排氣管壁的正下方有一個比擬大的負(fù)徑向速度(負(fù)值說明指向軸心)，這個較大的向內(nèi)的徑向速度導(dǎo)致局部流體由環(huán)形空間出來徑向向內(nèi)流向排氣芯管，不參加離心別離直接從排氣管排出，即所謂短路流，短路流將會大大降低旋流器的別離效率，模擬結(jié)果顯示了旋流器內(nèi)有一個比擬大的短路流。圖7是別離器上部排氣管出口附近區(qū)域徑向速度矢量圖，圖中清晰的顯示了氣液旋流器別離實驗觀察和理論推測得出的短路流現(xiàn)象。 圖6RSM模擬縱剖面(x=0)徑向速度分布云圖Fig.6Radialvelocityprofilesintheseparator(x=0)

圖7排氣管附近區(qū)域徑向速度矢量圖Fig.7Flowfieldintheupperpartoftheseparator(y=0)通過圖6還可以看出，在別離空間，排氣管的下方軸心處一側(cè)具有正(向外)徑向速度，而另一側(cè)卻有負(fù)(向內(nèi))徑向速度；再向下，軸心處有向外的徑向速度，而其它部位有較小的向內(nèi)的徑向速度。因此可以認(rèn)為，在別離空間由于離心力作用，液滴徑向向外遷移，與流體的徑向速度相反，這將使液滴的碰壁動能降低，導(dǎo)致液滴碰壁后不是沉積鋪展而是反彈，且局部隨流性較好的小液滴會徑向進(jìn)入內(nèi)旋流，不利于液相別離。圖中顯示，當(dāng)流體從集液槽進(jìn)入別離空間時，筒體出口的外圍有一個較大的正徑向速度，這個徑向速度將會增大進(jìn)入集液槽的液滴的碰壁動能，使液滴與集液槽壁碰撞后沉積鋪展并形成液膜而別離，是有利于液相別離的，我們的實驗也證實了對于液滴粒徑比擬小的稀相別離，主要是液滴在集液槽內(nèi)的碰壁別離；在排氣管內(nèi)，除了排氣管的入口處有一個較大的正徑向速度外，其它部位呈現(xiàn)了明顯的不對稱性，沿軸線一側(cè)是正徑向速度，而另一側(cè)是負(fù)徑向速度，當(dāng)然，這可以通過質(zhì)量守恒法那么來解釋?？梢?35

35

5

Z4=-85mm看出，旋流器 30

30Z2=Z2=10mm RSM/251內(nèi)徑向速度較251內(nèi)徑向速度較25LDV25RSM/3025小，但分布非20LDV3020常復(fù)雜，且嚴(yán)1515重影響旋流器1010的別離性能。55ut/s1ut/s1ut/s為評估RSM模型對旋

00 10 20 30 40 50r/mm

00 20 30 40 50r/流器內(nèi)流場數(shù) 35值計算的準(zhǔn)確 30

3530

RSM/25LDV/25

Z10=-425mm性，將計算結(jié)1?s1?s?m/tU

25 RSM/

30果與實驗值進(jìn)行比照，由于試驗采用二維激光測速系統(tǒng)，只對切向和軸向速度進(jìn)行了測量。圖

ut/ut/s1-05m 01510500 20 r/mm

LDV/30utut/s11510500 10 20 30 40 50 60 70 80r/mm9分別列出了旋流器導(dǎo)

圖8切向速度RSM模擬和LDV實驗結(jié)果比照Fig.8ComparisonofthetangentialvelocitypredictedbytheRSMmodelatvariousstations,withexperimentaldata葉角度25o、30o，流量70m3h1時，Z2(環(huán)形空間)、Z4、Z8(別離空間)和Z10(集液槽)四個截面切向速度和軸向速度的數(shù)值計算結(jié)果與LDV實測值。比照結(jié)果顯示，通過求解瞬態(tài)RSM模型預(yù)測的各截面切向和軸向速度與LDV實測值根本吻合。說明RSM模型能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測旋流器內(nèi)時均速度分布。通過圖8、圖9還可以看出，當(dāng)流量一定時，旋流器內(nèi)時均流場分布受導(dǎo)葉角度影響很大，導(dǎo)葉角究顯示，切向速度是旋流別離的主動力，切向速度越大，液滴受到的離心力越大，越利于兩相別離。而軸向速度越大，越利于保持流動的穩(wěn)定性并增大液滴在旋流場內(nèi)的停留時間，過低的軸向速度會導(dǎo)致旋流場內(nèi)渦旋強(qiáng)度沿軸向的的迅速衰減以及降低液滴在旋流場的停留時間，也會降低別離效率。因此，要保證旋流器的別離性能，必須選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)葉角度。2=0m4=5mSSuzuz/s1uzuz/s1

0 r/

0 r/mm15Z8=-30510

15Z10=-425mm10uzuz/s1u/u/s1zRSM/25z

-5 300 r/

0 0 50 r/圖9軸向速度RSM模擬和LDV實驗結(jié)果比照Fig.9ComparisonoftheaxialvelocitypredictedbytheRSMmodelatvariousstationswithexperimentaldata6.2 脈動速度的數(shù)值模擬結(jié)果及其與LDV實測值的比照圖10、圖11和圖12是導(dǎo)葉角度25，流量70m3h1時，RSM模型非定常計算得到的t=0.8837s時過軸線縱剖面(x=0)的切向、軸向和徑向脈動速度分布云圖。 圖10RSM模擬縱剖面(x=0)切向脈動速度分布云圖Fig.10Fluctuatingvelocityprofilesinthe=0)

圖RSM模擬縱剖面(x=0)軸向脈動速度分布云圖Fig.11Fluctuatingaxialvelocityprofilesintheseparator(x=0)圖中顯示，旋流器內(nèi)切向、軸向和徑向脈動速度分布情況根本相同，最大脈動速度區(qū)域在筒體進(jìn)入集液槽的出口和排氣管的出口處，這說明排氣管和筒體幾何尺寸突變對流體湍流強(qiáng)度的干擾非常嚴(yán)重，而最小脈動速度區(qū)域在流體進(jìn)出口和集液槽的上部，其他部位的脈動速度速度分布趨于平穩(wěn)。但是，旋流器內(nèi)各部位脈動速度的分布趨勢并不相同，不同方向的脈動速度在各部位的分布規(guī)律是不同的，而相同方向的脈動速度在不同部位的分布規(guī)律也相差很大，說明旋流器內(nèi)各部位湍流強(qiáng)度分布非常復(fù)雜。數(shù)值計算結(jié)果顯示，旋流器內(nèi)各部位的切向、軸向和徑向脈動速度值屬于同一數(shù)量級。將RSM模擬計算得到的脈動速度與LDV實測值比照發(fā)現(xiàn)，在同一截面上二者相差較大，這是因為湍流運動的脈動速度即脈動均方根速度是一個統(tǒng)計結(jié)LDV的測量中，是按照每個測量位置處所設(shè)定的采樣次數(shù)(一般為1000次)作統(tǒng)計平均得到的。而在Fluent中，程序會自動記錄每一時間步長得到的瞬時算的脈動均方根速度很難在同一條件下進(jìn)行比擬，二者的差異自然比擬大。圖13是RSM模擬Z7截面湍流脈動的均方根速度計算值和LDV實測值。圖中顯示，實驗測得的脈動速度分布，在軸心附近較大，沿半徑增大逐漸降低并趨于平緩，接近于壁面處，受筒壁干擾又逐漸增大，呈凹形分布；而RSM數(shù)值計算結(jié)果，這種分布現(xiàn)象并不明顯，與實測值差異很大。由此可以看出，采用RSM模型預(yù)測旋流器內(nèi)的湍流特性還存在一定的偏差，需對其進(jìn)行進(jìn)一步的修正和完善。6.3壓力場的數(shù)值模擬結(jié)果及其與實測值的比照

圖12RSM模擬縱剖面(x=0)軸向脈動速度分布云圖Fig.12Fluctuatingradialvelocityprofilesintheseparator(x=0)RSMRSM/u,RSM/u,LDV/u,LDV/u,Z7=-250mmuiui/s1100 10 20 30 40 50r/mm圖13RSM模擬脈動速度與LDV比照Fig.13ComparisonofthemeasuredfluctuatingtangentialandaxialvelocitywiththosepredictedbyRSMmodel(z=250mm)圖14RSM模擬縱剖面(x=0)壓力分布云圖Fig.14Staticpressureprofilesintheseparator(x=0)本研究采用五孔探針對旋流器內(nèi)的壓力分布進(jìn)行了測定，并將實驗數(shù)據(jù)與數(shù)值計算值進(jìn)行比照。以驗證數(shù)值計算的可靠性。圖14是導(dǎo)葉角度25o和流量70m3h1t=0.8837s時過縱剖面的靜壓力分布云圖。圖中顯示，旋流器內(nèi)的靜壓力分布具有軸對稱性，受強(qiáng)旋轉(zhuǎn)離心力場的作用，中心壓力比外部區(qū)域低，流場中軸心處壓力為負(fù)，而外圍壓力為正；整個流場最大正壓力在流體進(jìn)口處，沿軸向向下，壓力越來越低，最大負(fù)壓力在集液槽底部的軸心處。圖15是Z4和Z10截面靜壓力分布的五孔探針實測值以及RSM數(shù)值計算結(jié)果。由于數(shù)值計算采用的是壓力差而非絕對壓力，本研究數(shù)值計算的邊界條件采用了速度進(jìn)口和流動出口，出口軸心處壓力接近于0，而實驗采用了負(fù)壓操作，所以要將試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。通過比照可以看出，五孔探針測得的靜壓力數(shù)值與數(shù)值計算結(jié)果有一定的差異，軸心處實驗壓力高于計算值，而外部實驗壓力值要低于計算值。但數(shù)值模擬預(yù)測的應(yīng)力分布趨勢與試驗結(jié)果非常一致，數(shù)據(jù)的差異很大局部有可能是實驗誤差導(dǎo)致的，因此RSM模型能較準(zhǔn)確的預(yù)測旋流器內(nèi)的壓力場分布。500

RSMPP/Pa0

Z4=-85mm300PP/Pa1000-100

Z10=-425mm0 r/

-2000 r/圖15靜壓力RSM數(shù)值模擬與五孔探針實驗數(shù)據(jù)比照Fig.15ComparisonofthestaticpressurepredictedbytheRSMmodelatvariousstationswithexperimentaldata7 結(jié) 論(1)RSM湍流模型能夠比擬準(zhǔn)確預(yù)測軸流式氣液旋流器內(nèi)的氣相時均速度場和壓力場分布；(2)別離器內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度與導(dǎo)向葉片出口角有關(guān)，出口角越大，切向速度越??；(3)排氣管下口區(qū)域存在短路流，容易卷吸夾帶液滴造成別離效率下降；(4)旋流器內(nèi)湍流強(qiáng)度分布非常復(fù)雜，而且受幾何結(jié)構(gòu)影響比擬嚴(yán)重，排氣口和排液口附件的區(qū)域氣流湍流脈動強(qiáng)度高，造成液滴破碎，直徑減小，從而影響別離效率。參考文獻(xiàn)：[1]HoffmannAC,SteinLE.GasCyclonesandSwirlPrinciples,DesignandOperation[M].NewSpringer,2007.[2]MovafaghianS,Jaua-MarturetJA,MohanRSetal.Theeffectsofgeometry,fluidpropertiesandpressureonthehydrodynamicsofgas-liquidcylindricalcycloneseparators[J].InternationalJournalofMultiphaseFlow,2000,26:999-1018.[3]ArpandiI,JoshiAR,ShohamOetal.Hydrodynamicsoftwo-phaseflowingas-liquidcylindricalcycloneseparators[J].SocofPetreEng,1996,1(4):427-436..[4]HoekstraAJ,DerksenJJ,DenAkkerHEA.Anexperimentalandnumericalstudyofturbulentswirlingflowingascyclones[J].ChemicalEngineeringScience,1999,54(13):2055-2065.[5]DerksenJJ.Separationperformancepredictionsofastairmandhigh-efficiencycyclone[J].AIChE,2003,49(6):1359-1370.[6]MurphyS,DelfosR,PourquiébMJBMetal.PredictionofstronglyswirlingflowwithinanaxialhydrocycloneusingtwocommercialCFDcodes[J].ChemicalEngineeringScience,2007,62(6):1619-1635.[7]WangJunye.Modellingofstronglyswirlingflowsinacomplexgeometryusing