波纹板除雾器除雾叶片的数值模拟.pdf

第40卷第5期
化工机城
波纹板除雾器除雾叶片的数值模拟
马铭泽王建军金有海
中國石油大学(华东)化学工程学院)
基于响应曲面法,以叶片河距、液滴直径和流遠为自变量,分离效为因变量,米用Box-Be
hoken(B)设计,研宽各自变量和其交互作用对波板除器分高效的影响,并得到二次多项式回归
方粗预模型。
关词波纹板除器数值模拟BB设计
中图分类号T0051.8文标识码A文章号02546094(2013)050625-03
随着天然气的大量开采,这种清洁、高效的新程可表示为(?
能源已逐渐成为重要支柱性能源之一,但是天然y=B+るAX+るP,+Bx,X+e(x,,…,z1)
气中含有大量的固相和液相杂质,这些杂质直接
或间接地对天然气的运输和使用带来极大的危
害。为了减小甚至消除这些不利因素,大批
其中,Y为目标函数或称响应;X:为自变量;
学者对天然气杂质的去除做了深人研究*?。査(、v6.分别代表一次、两次、交互作用项的回
阅文献资料可以发现,大多数是利用旋流装置对归系数;k为影响因数的数量;e为误差,有两个误
天然气的杂质进行离心分离,这种分离虽然效率差源,即实验误差和拟合不足误差,后者包括高阶
很高,但其过程中的压降损失较大,给天然气的运项和交互项。
输带来一些问题和不便。因此,一种新型分离设
考察波纹板间距五液滴直径d和流速u对
备就体现出它的优势,波纹板以其结构简单、清洗分离效率的影响,采用Boxr- Behnken(BB)设计法
方便及压降小等优点而被广泛使用。笔者重点考进行优化,表1给出了响应曲面模型中变量的范
察波纹板的分离效率和影响因素,并与旋流分离围。
装置进行对比。采用响应曲面法来分析波纹板的
表1响应曲面模型中变量的范围
结构、操作参数和其交互作用对它的分离效率的
影响,在此基础上得出能预测波纹板除笶器分离
水平
波纹板间距H滴直径d流速a
效率的模型,该模型对以后的波纹板除雾器结构
低水平(-1
优化具有指导意义。
中水平(0)
1型建立
高水平(+1)
1响应曲面设计
首先选择合适的响应曲面方程,然后根据实
验结果进行响应曲面分析,得到最初的响应曲面
2CFD模型
方程。随之根据不同响应因素的显著性大小,分
1.2.1模型假设
析方程中对目标函数产生显著影响的因素。根据
在实际条件下,气流流过波纹板的弯曲通道
上述原理,笔者选择二次响应曲面方程,并考虑所时,它的流动是一种三继、非定常、可压缩的粘性
有的一次项、二次项和两两交叉项。响应曲面方流体的流动。但由于现今的计算机处理量还不能
马銘泽,男,1998年6月生,硕士研究生。山东省青岛市,266580。
万方数据
化工机械
2013年
对实际条件下的纳维-斯托克斯公式进行求解,
0(u)__21
因此,在误差允许的条件下对模型作适当的简化:
dx
a.由于进入除雾器奪曲通道内的气流速度
k-B方程
较小,因此可以把这种气体视为不可压缩性气体
pk)+5(pku,
处理
b.由于弯曲通道的高宽比很大,因此可把
(S)
波纹板中的流场简化为在二维平面上的流场;
(pk)+-(pku)
c.考虑到在理想状况下,气体流动的各参数
与时间无关,因此可将气流流动视为定常流动
C
1.2.2模型建立
k-e方程中湍流粘度以1的计算式为:
采用k-湍流模型的封闭N-S( Navier-
Stokes)方程。
式中的常数值C。=0.99,C1=1.44,C2
连续性方程
92,U4=1.0,。=1.3。
=0
2结果分析
运用CFD模拟计算B设计法中的每个设计
N-S方程:
点的分离效率,可以得到二次多项式回归方程预
ax"Reしx2By
(3)测模型为
y=1.92751+0.20354H-0.057715d-0.12073-0.00076Hd-0.000173Hb+0.003db+0.00062+0.0012+
0.0014b
回归方程的方差分析结果表明,试验结果与0.9953(表2),H、D、d和交互因素Hd、d2、c如对波
二次多项式方程预测模型非常吻合,R2的值为纹板除雾器的分离效率影响显著。
表2响应曲面二次多项式预测模型方差分析
数
平方和
自由度
均方值
F值
率分布
影响程度
模型
0.7000
0.07g0
620
0.0001
显
0.0560
0,0560
117,6570
0.0001
0.5500
0,5500
1162.050
<0.000.1
显蕃
0.0230
0.0230
43,540
0.0002
显春
0,0001
<0.000
0、8785
不显
0,0030
0.0030
8,170
0244
D.000
0.5634
不最著
0,0460
0.0460
96.850
<0.000
显
0.0001
<0.0001
0.017
0.8993
不显著
影响波纹板除雾器分离效率的各因素和其交可以看出,随着叶片间距的增大分离效率降低。
互作用的响应曲面如图1所示。由图1a可以看这是因为叶片间距的增大,使气流的流通区域变
出叶片间距和粒径对分离效率的交互作用影响,大,气流的变化较为平缓,这对气液分离是不利
随着叶片间距的减小,分离效率明显增大,但小于的。根据图1c可知,当气流速度提升时,分离效
液滴粒径对分离效率的影响。这主要是由于随着率会上升,并且这种上升的趋势会随着液滴粒径
粒径的增大,其惯性力增大,其速度松弛时间t也的增大而上升地更为迅速。这种现象的产生的原
增大,根据速度松弛时间t的公式可知其与粒径因是当速度上升时,液滴所受的离心力增大,这更
的平方成正比,故分离效率会迅速增大。由图b有利于气液的分离,分离效率升高,但离心力会随
万方数据