軸流式氣液旋流分離器的試驗研究與數值模擬.pdf

1、軸流導葉式氣液旋流分離技術已在工程實際中得到了廣泛的應用，并取得了良好的經濟效益。但是，目前對這種分離技術的工程應用較多，而氣液兩相流動與分離的基礎研究偏少，使得工程設計往往帶有很大的經驗性成分，無法適應工藝條件的變化，還沒有完全發(fā)揮出這種分離器的優(yōu)點與潛力。本文以實驗研究為基礎，先進的測量技術和數值計算為手段，發(fā)展中的現代多相流理論、湍流原理、計算流體動力學理論和多相旋流分離理論為指導，在最新研制的軸流導葉式氣液旋流分離器的結構基礎上

2、，對氣液旋流分離技術進行實驗和理論研究。 軸流式氣-液旋流分離器內的流動是復雜的三維強旋多相湍流，氣液兩相的分離過程是液滴離心沉降和碰撞聚結、破碎的復合過程，其分離性能不僅受液滴在時均流場中離心沉降的影響，還受湍流場中液滴在脈動速度作用下，相互間的碰撞、團聚、破碎以及液相擴散的影響。本研究采用多普勒激光測速儀對軸流式氣液旋流分離器內的時均速度、脈動速度進行了測量，研究了軸流式氣液旋流分離器內時均流場的結構和湍流特性。并對流場內各

3、部分湍流的各向異性進行了分析，考察了導葉導角和流量變化對時均流場的影響。結果顯示：旋流器內部時均流場切速度呈現為準Rankin渦結果，軸速度由外圍的下行流和內部的上行流構成。湍流強度受結構影響嚴重，在近壁處較大。在分離空間，湍流表現為各相異性。 采用Reynolds應力模型（RSM）對軸流式氣液旋流分離器內部湍流場進行了數值模擬。并將數值計算結果與流場實驗測定結果進行了對比，結果顯示：RSM模型得到的旋流器內時均速度與實驗數據完

4、全吻合，預測的流場內壓力差要大于實驗數據，但分布趨勢完全相同，RSM數值計算旋流器內各向脈動速度與LDV實驗數據相差很大，說明RSM模型并不能準確預測旋流場內的湍流特性，還需進一步完善。 對三維強旋多相湍流中液滴間的碰撞、團聚和破碎機理進行理論分析，建立了旋流場中液滴破碎、碰撞團聚和碰壁的機理模型，結合離散相模型（DPM）對流場內液滴的隨機運動軌跡進行了數值模擬，對分散液滴在旋流場內的破碎、碰撞聚結進行了數值計算，研究了旋流場中