【摘 要】
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旋风分离器-料腿返料系统是流化床系统的重要组成部分,其内部具有多流态并存、流动参数瞬变性强的特点,对旋风分离器-料腿返料系统内气固两相流动状态研究一直是多相流研究的重点及热点。本文通过数值模拟的方法,构建了旋风分离器-料腿系统的数值计算模型,对不同入口颗粒质量浓度旋风分离器-料腿系统内部流场、颗粒浓度分布及颗粒运动轨迹进行了研究。在料腿内部,静压分布形成了由轴心至壁面逐渐增大的规律;最低压力点在距
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旋风分离器-料腿返料系统是流化床系统的重要组成部分,其内部具有多流态并存、流动参数瞬变性强的特点,对旋风分离器-料腿返料系统内气固两相流动状态研究一直是多相流研究的重点及热点。本文通过数值模拟的方法,构建了旋风分离器-料腿系统的数值计算模型,对不同入口颗粒质量浓度旋风分离器-料腿系统内部流场、颗粒浓度分布及颗粒运动轨迹进行了研究。在料腿内部,静压分布形成了由轴心至壁面逐渐增大的规律;最低压力点在距离轴心约1/5半径的区域内摇摆;料腿内轴向速度分布更不均匀,最大下行速度始终处于壁面的一侧;随着料腿半径的增加,料腿中轴向速度梯度逐渐降低,而气流的摆动性则更加明显,料腿中上行气流与下行气流之间会形成宽度约为1/2半径的涡旋,且涡旋的平均长度随料腿半径的增加而增加;颗粒运动轨迹总体呈螺旋状下落,在到达底部后,部分颗粒会随上行气流重新返回灰斗中,颗粒浓度总体上呈现出中心低壁面高,且随料腿高度增大不断增大的趋势。在壁面附近下行气体与中心区域上升气体的轴向速度均较高,并显著影响着料腿中的下行颗粒。料腿直径过大或过小,料腿内未形成稠密颗粒,料腿中的颗粒轴向运动与气体轴向速度变化趋势一致,颗粒具有较好的跟随性。本研究中直径为100mm的料腿内形成了稳定的稠密颗粒分布后,料腿中心区域颗粒轴向速度变化较壁面区域剧烈,但最终在中心区域与壁面区域形成一致的下行速度。直径为80mm、120mm的料腿中,颗粒脉动强度较大或频率较高,说明有较多颗粒团聚物的形成。在直径为80mm料腿中,中心区域的颗粒浓度极值高于壁面区域的颗粒浓度极值,最大质量浓度达到150kg/m3;在直径为120mm料腿中,壁面区域的颗粒浓度极值高于中心区域的颗粒浓度极值,最大质量浓度达到240kg/m3。在直径100mm料腿中,中心区域与壁面区域呈现出连续颗粒浓度变化,且两区域中较高质量浓度交替出现,说明此时料腿内为稠密颗粒流。考察了在料腿高度1/3、2/3处分别开设孔径为1/5料腿直径圆孔后料腿内的气固两相流动情况,结果表明:穿孔气流会扰乱料腿内的气固两相流、增大料腿内涡旋的产生概率,不利于颗粒的下落;在料腿穿孔处还会出现颗粒的外流,导致料腿内整体颗粒浓度的降低,原来稳定的稠密颗粒流变的不稳定,同样不利于料腿内颗粒的顺利下落。研究工作对旋风分离器-料腿系统的优化设计具有重要理论意义和工业应用价值。
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