型惯性气液分离器性能研究.pdf

第25卷第4期
热能动
2010年7
OURNAL OF ENGN EER ING上OR" [HERMA⊥ NERGY AND⊥OWER
Jul,2010
文常编号:1001-2060(2010)04-0.304-(05
2型惯性气液分离器性能研究
栾一刑!,孙海鸥,王松,徐丽
哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,黑龙江哈尔滨150001)
摘要:借助数值模拟方法对2型气液分离器的内部流场
状态进行预测,计算采用二维雷诺时均-S方程,湍流模
型采用标准k-ε模型,获知分离器内部流场分布特性,对不
同间隙的9型气液分离器性能进行研究,并制作模型进行
风洞实验,验证理论计算结果,得到该型气液分离器的阻力
及效?特性。研究表明,2型气液分离器具有较高的气液分
离效率,并且分离效?与叶片间距有很大影响,采用的Ω型
十片间距为182mm时,平均分离效率在90%以上
关键词:9型气液分离器:数值模拟:模型实验;H力;分
图1早期惯性型气液分离装置
离效率
中图分类号:TK47U6645文献标识码:A
利用惯性分离原理的液滴分离装置?在1940
年就已有应用,主要是使用在供空气调节系统用的
惯性进气滤清装置。刘顺降等利用数值模拟方法
研究了转折角对惯性级阻力性能的影响,陈丽华
?r
等人对流化床中常用的U型糟管東惯性分离器内
流勋特性进行了数值验研究2,分析了U惯性
图2Ω型惯性气液分离器
分离器内部流场特性并进行了无量纲化分析。图
是平期的几种惯性分离器实验装置,这些装置出垂
直方向排列的金属薄板片组成,气流沿着巾叶片组
数值方法
成的“Z”字形道数次改变运动方向.液滴在惯性
力的作用下撞击到叶片上,叶片上所形成的水膜出1.1数学模型
需部的疏水拦住并沿疏水橧流向底部。木研究提
利用 Boussinesq满旋粘性假设,忽略质暈力的
H出的9型'气液分离器结构如图2所示,巾若十带矩可压缩粘性气体的 Nav ier-s tok es方程组描述为
形疏水榑的弯山叶片组成,气流从左边端面进入分
连续方程
离器,沿着叶片流道向石流动,貳流携带的液滴在曲
P;)=0
折流道中出于惯性力作川与分离界壁山撞而被捕
捉,顺疏水榑流到底部,最后通过疏水道排出
显方程
到收集箱内排出,而过滤后的气体则经由叶片石端
面排出惯性分离器,从而达到气液分离的日的。
能量方程
收稿日期:2009-07-08修订日期:200910-22
作者简介:刚(1981-)、男,山东潍坊人,哈尔滨「程人学博士研究生.
O1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishinghouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第4期
楽一刚,等:9型惯性气液分离器性能研究
39
e
中心线作为周期性边界来处理,考虑分离器疏水槽
处做小结构,对疏水槽处网格进行局部加密处理,所
十
cr: cr
3)米用的计算网格如图4所示。
状态方
周期边界
周期边界
入
出
P
边
边
式中:T=(山+?
界
界
ぶ9(+μ
周期边界
周期边界
τ一粘性应力张量,kg/(m?):P-密度,kg加
图3模型计算域示意图
4a一速度分星,m/sPー压力,Pae-单位质里的内
能,Jk一热传导系数,W/(m?K):7ー温度,K
动力粘性系数,Pas一涡旋粘性系数,Pa's
以k-ε湍流模模拟旋粘性系数,忽略重力
r??
影响则有关」渦动能ん及其耗散率E的?般表达式:
O1a
图4计算域网格示意图
+
1t a
了+C
13边界条件
进、出?及面边界条件给定为?
式中:一平均速度梯度产生的湍动能,出Gk=?
进口:进气压为101325Pa进气温度为
决定。
300K法向气流方向
这里S=、25S为半均成变率张量的模,半均
出凵:压力出凵调整至入凵所要求的速度值1
应变率张量为
~10m/s
固壁:绝热(常漏条件下可以忽略流体与外界
热交换),无滑移;
h Sarkar建议的模拟可床缩湍流脉动膨胀对总
問期性边界条件。
体耗散率的贞献的表达式为
2数值模拟结果
湍流马赫数定义为:
计算获得了不同进气流速ド的分离器内部流
M= k/a'
场,为了详绌的观察和分析流体在道宽惯性叶片内
涡旋粘性系数的表达式为:
部的流动特性,5~图7分別列给2型惯性叶片
の)『间距为2-mn时、入流速为7n/A时,内都流场速
度矢量、静压等值线分布和总压等值线分布。
由 B E Launder利D. B Sparing给出的常数
1e、C2e、Cu以及k和的湍流普朗特数o2和oe的
值分别为
144C2e=192Cu=009
9.9
12计算域模型及网格生成
6.2
14.9
山于2型惯性气液分离器内的叶片流道是等
137
11.2
词距分布的,忽略最外侧壁而的影响,流体在每个流
9.9
道山的流动状态是相同。因此,取其中任意两个相
6,2
邻叶片的相邻壁面及这两个叶片中心线前后延长线
端点所包制的区域作为9型惯性气液分离器数
0.0
馍拟的计算域。计算域如图3所示,相邻两叶片的
图5全流场速度矢量(m/s)
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