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排气芯管是旋风分离器的一个关键部件,对分离器的效率和压降都有显著影响,但目前关于排气芯管插入深度对分离器性能影响人们的认识还不一致。本文以PV型旋风分离器为基础模型,通过试验和数值模拟手段对此进行研究分析。
试验结果表明:随着排气芯管插深的增加,分离器的效率和压降均先增大后减小,性能曲线呈拱形。芯管插深的最大压降在hr/a=1处,最佳插深位置受颗粒粒径大小和粒径分布的影响而不是定值;其与操作条件(气速、浓度)、结构参数(芯管管径、入口截面、分离空间高度)和外部排气结构关系不大:但随着芯管管径增大、入口截面增大、分离空间长度缩短、浓度减小,排气芯管插深位置对效率的影响幅度将显著增加。芯管长度的设计原则是:相对于芯管标准插深位置,颗粒越细应加长,颗粒越粗则缩短。流场模拟结果表明,排气芯管插深对分离效率的影响受到短路流和分离空间高度的耦合作用:若芯管插深较浅,则短路流加剧、切向速度降低、流场摆尾返混:若过深,则分离空间高度不足、局部涡返混和径向短路,都会影响分离效率。压降则受到短路流和内旋流稳涡的协同作用:芯管插深较浅,不经旋流而短路逃逸的气流使得系统压降降低:若过深,则内旋流刚性旋转增强、涡核摆动强度衰减也使得压降降低。有外排管段系统的内旋流切向速度大于无外排管段系统,故前者分离效率更高,同时因为外排气管段的存在,使得旋流沿程阻力增大,压降也较高。
套筒式排气芯管能在一定程度上能改善芯管外壁面的粘灰状况,但比常规直筒式芯管效率略低。同心双套筒式芯管可以作为一种抑制芯管外壁结焦的方案进行进一步开发。