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螺旋型旋风分离器设计学 生：张 晶，机械工程学院装备系指导老师：张慢来，机械工程学院装备系摘要旋风除尘器由筒体、锥体、进气口、排气管、和卸灰口等组成，如图1。旋风除尘器的工作过程是当含尘气体由切向进气口进入旋风分离器时，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈旋转形向下、朝锥体流动，形成外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触，便失去径向惯性力而靠向下的动量和向下的重力沿壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气体到达锥体时，因圆锥形的收缩而向中心靠拢。根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断提高，尘粒所受离心力也不断加强。当气流达到锥体下端时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由下反转向上，继续做螺旋流动，即内旋气流。最后净化气体经排器气管排出管转矩”不变原理，其切向速度不断提高，尘粒所受离心力也不断加强。当气流达到锥体下端时，即以同样的旋转方向从旋风分离器中部，由下反转向上，继续做螺旋流动，即内旋气流。最后净化气体经排器气管排出管外。关键词旋流分离器，螺旋流动，离心力，旋风分离器The Desigh of Spiral CycloneStudent：Zhang Jing，Mechanical Engineering SchoolTeacher：Zhang Manlai, Mechanical Engineering SchoolAbstractHydrodynamics of a cyclone separator as element of a re-circulating fluidised bed circuit has been studied experimentally. The main efforts have been addressed the solids suspension density distribution along the cyclone axis at various solids circulation rates. In general, the suspension density decreases in the downward direction and becomes least in the cyclone conical section. At the cyclone exit it starts increasing and this trend persists in the dipleg of downcomer. The suspension density decreases as the bed inventory in inlet section of cyclone is increased and the solids circulation rate in the cyclone-downcomer branch of the fluidized bed circuit. It is to be noted that use of fluidized bed keeps the environment more clean.Index Termscyclone separator, suspension density, circulating fluidized bed, high solids inventory.国际化学工程与应用杂志。 1，第2号，2010年8月ISSN：2010-0221循环流化床锅炉旋风分离器的流体力学运用的实验研究KMPabdey,Member,IACSIT 和 M.Ray摘要 关于重循环流化床电路元素的旋风分离器中的流体力学已经开始了实验研究。主要的工作已经在固体悬浮密度分布以及旋流器轴线在各种固体流通率方向展开。悬浮密度在一般情况下，在向下的方向减小，在旋流器中的圆锥形部分变成最小。在气旋出口开始增加，这种趋势仍然存在降液管的料腿。悬浮密度随着床的库存在旋流器的入口边的增加而降低，和旋流流化床电路的降液管的分支的固体循环速率一样。但是应当指出的是，采用流化床保持环境更加清洁。索引条款 旋流分离器，悬浮密度，循环流化床，高固体库存。一、引言流化床操作的上下文中有一个宽泛的文字范围，但他们大多是这里没有给出细节。在这些参考文献中给出。只有极少数是在这里讨论谁是与本研究相关。两个实验室规模大小的模型已被设计用于模拟流体动力学行为和学习效果对近壁的流体力学Noymer等床直径。 1在三个不同直径的循环流化床反应器（76，100和203 mm内径立管）的立管上的轴向和径向的固体通量和流开发研究的立管直径的影响。用于直接测量的吸入探头，而计算出的固体从固体中得到的通量数据被用来比较由两个独立的光纤探头测得的速度和浓度。两个形状找到的固体通量的径向分布的，为抛物线形状，平坦的磁芯形状。可以预测，得到的形状的操作条件的基础上，使用一个新的概念的有效承载能力的固体饱和。比在一个较小的提升管的立管在一个较大的固体通量的径向分布不太均匀。流开发与立管直径的增加要慢。的操作条件下，发现影响在每个反应器中在相同的一般方式的固体通量增加气体速度，在立管向下流动的固体的量减少，固体循环速率的增加，造成更多的向下流动的固体。从这项研究中可以得出以下结论：固体通量数据确定。K.M.Pandey M.Ray，国家技术研究所，机械工程学系，锡尔杰尔，阿萨姆邦，印度提交的文件进行审查03-06-2010。通过直接测量与测量固体的浓度和速度计算吻合良好。被发现在三个提升管的径向固体通量的档案的形状是平下降的环形带或抛物线形，这取决于操作条件。可以预测固体径向磁通分布的形状，使用实际的饱和容量，上述的抛物线轮廓为准由于近壁向下流动的固体增加。比在一个较小的提升管的立管在一个较大的固体通量的径向分布不太均匀。在提升管的下部向下流动的固体的量是最高的，但然后开始减小测量点从分配器移开。增加Ug的（表观气速）导致上面的壁向下流动的固体的量减少，从而导致更加扁平化的固体通量的径向分布中的列。增加气孔导（总固体循环速率）向下流动的固体的量的增加，导致更抛物线形状。流发展的影响以同样的方式在不同直径的柱：UG或跌幅GS增加减少发展的长度。燕等冒口直径增加流量发展较慢。 2。开展试点工作，在12 MWth的循环流化床锅炉的并在寒冷的CFR三种不同的泡沫流在时间和空间分布，称为流态化制度，确定了冷循环流化床多泡沫政权，许多小气泡均匀分布在床上一躺，单个气泡制度，其特征在床上时间的存在，只有一个泡沫和泡沫大，单从空气分配器床面伸展，不规则的空隙政权。这些发泡条件下，观察期间中的气体速度和分配器的压力降的变化。 2平方米截面循环流化床锅炉中的比较表明该锅炉始终工作在单或泡沫制度，这表明了气泡流动的是不连续的，并不能很好地分布在床的横截面。 Gungor Afsin曾3一个动态的二维模型考虑循环流化床流体力学行为。 CFB提升管中的建模，分析在两个区域：详细建模，它被细分为一个不含固体颗粒的气泡相和含有固体杂质的乳化相的二相流在湍流流化区的底部区域。在上部区域核心环固体流量结构的建立。仿真模型考虑了轴向和径向的空隙率，流速和压力降的气体和固体相的分布，和用于固相的固体体积分数和粒度分布。该模型的结果进行了比较和验证对大气冷床CFB单位的实验数据在文献中给定的轴向和径向分布的空隙率，固体体积分数和粒子速度，总压降沿床的高度和径向固体通量。在比较中使用的实验数据范围如下：床直径从0.05-0.418米，床的高度从5-18米，平均粒径从67-520微米，颗粒质量通量的密度kg/m3的1398年至2620年，从21.3 300的kg/m2s和表观气速度从2.52-9.1米/秒。灵敏度分析的结果，平均粒径和空塔速度的变化，并影响的压力，特别是在芯区，它并没有很大的影响，在环隙区域的压力。径向压力分布是平坦的核心区域的平均粒径增大。较低的表面速度，可以得到类似的结果。也已发现，由气体和固体摩擦部件的总压降的贡献相比是小到可以忽略不计的加速度和固体流体动力头组件。在提升管的底部，在芯区的加速度分量的环形区域内的加速度分量的总压降的变化来自立管的中心的核心环空接口，分别从0.65至0.28的中的压力降;总压降的变化从0.22到0.11的从核心纤维环接口径向边壁。中村英也提出4在旋转流化床颗粒流态化行为建模（RFB）进行。建议的数值模型是基于一个DEM（离散元方法）CFD（计算流体动力学）耦合模型。计算流体运动二维解决当地平均基本方程。二维计算粒子的运动由DEM。同时在目前的模型进行计算流体运动的CFD和粒子运动的DEM。 Geldart这样的B组颗粒（直径和颗粒密度分别为0.5毫米和918 kg/m3时，分别），用于计算和实验。计算出的流化行为，如定期冒泡流态化和的流态化政权过渡是一个高速摄像机观察到的很好的一致性。 UMF和Pf和估计的实验结果之间的比较，我们所提出的模型和其他分析模型进行了评估我们的模型的准确性。 UMF和PF计算结果与实验结果吻合良好。特别是，估计PF使用我们所提出的模型与实验结果表现出更好的协议，而其他的分析模型高估了30PF。 S.萨蒂什南比亚讨论的5涉及的工作的固体床层温度，气体流量，固体流率和初始水分含量的固体覆盖不同的变量，如在一个连续的流化床干燥机的干燥实验。利用人工神经网络建模的数据。人工神经网络得到的结果进行比较与使用系列坦克模型所得到的。结果发现，从神经网络得到的结果更准确的RTD模型相比，具有以下的百分比误差拟合实验数据。从上面的结果所看到的第一个数据集所得到的网络是简单的百分比误差准则评价其性能也令人满意。另一方面，引入一个输入变量，使得网络更加复杂，从第二组的结果。据观察两个隐层的反向传播网络优于预测的问题时，适用于单隐层网络。 MJ Cocero工作6超临界流化床仿真结果流利CFD软件。模拟多流体欧拉模型动力学理论固体颗粒和使用Gidaspowdrag功能的基础上进行了超临界二氧化碳（SC-CO2）环境在一定范围内的压力从8至12MPa的温度从30到50 0C。流体的速度已被更改，从1到6倍的最小流化速度（UMF）。多流体欧拉模型纳入流利的CFD软件，将固体颗粒动力学理论和使用Gidaspow的拖曳功能，已成功应用于高压（8-12MPa的）模型在SC-CO2流态化和接近环境温度（30 - 50C）。该模型预测在所研究的操作条件下的固体的速度矢量的颗粒流化的床（喷射效果）的中心和旁边的床的壁向下运动的固体显示一个向上的循环。 F.奥卡萨和M. Miccio的重点7上的一个简单的数学模型已经发展到模拟在流化床中的湿式喷射。射流区里面涉及的不同阶段，估计和分析。通过喷射耀斑旅游液滴蒸发阶段已处理。每个大小沿射流火炬在所有位置的蒸发率估计的速度和周围环境。最终的液滴尺寸已经确定。此外，总蒸发率旅行液滴，夹带沙粒或火炬边界碰撞前，已经估计。交通水滴，部分蒸发，可能会碰撞和解决夹带沙粒。该模型预测液滴夹带沙粒的结算利率。总部分据估计从落户液体蒸发。该研究已被应用到液体燃料的气动输送到流化床燃烧器中，在850 0C。该模型已被用来预测比燃油蒸气喷射耀斑，释放里面。模型结果表明，只有非常小的液滴完全蒸发里面的耀斑。在夹带沙粒的液体的稳定起着至关重要的作用，在燃油蒸发里面的耀斑。已经开发的数学模型来模拟湿式喷射区。模型管理的不同阶段参与射流区，尤其是液滴夹带的沙颗粒和估计其特征利率结算。该模型有没有可调参数。 8循环流化床燃烧系统的数学模型，根据质量和能量守恒方程，成功地提取Aboozar Hadavand。利用这些关系，面向床温的状态空间动力学模型已获得基于子空间的方法。床层温度，从而影响锅炉整体效率和污染物排放率，在这些类型的系统的操作的最重要的参数之一。有动态和参数模型中的不确定性，基于线性矩阵不等式（LMI）的鲁棒控制算法已应用于输入参数，即煤炭进给速度和流化速度控制床温。循环流化床（CFB）燃烧系统越来越多地用作优于燃煤发电系统由于其较高的效率和较低的排放。然而，由于其非线性和复杂的行为，它是很难建立一个全面集成了所有的系统动力学模型。循环流化床的气体和固相之间的相互作用引起的表现出非常复杂的流体动力学。气体和固体的运动的驱动机制，是很难确定和描述。提出一种新颖的数学模型在循环流化床燃烧室的床层温度。得到的数学模型是建立在质量和能量守恒方程，让我们把所有的过程动力学模型中。 L.X.香港和P.D.的霍奇森曾在9要提高传热机理的理解，并找到一个可靠和简单的传热模型之间流化床沉浸对象的表面，气体流动与传热进行了数值模拟，基于双颗粒层和多孔介质模型。的气体和粒子的速度场和温度分布进行了分析过程中的传热过程。双颗粒层和多孔介质模型模拟浸没在流化床中的对象的表面附近的气体的流动和传热的能力，并且被成功地用于计算的动态特性的气相的温度变化的颗粒的颗粒群的辐射参数。结果提供足够的信息，以提高传热过程的理解浸没表面附近。 J.C.S.C.巴斯托斯集中在10径向固体轴向水平的提升高通量循环流化床（HFCFB）的速度分布计算使用一个两阶段的3-D的计算流体动力学模型。与实验数据在立管上的内直径为76毫米，高度为10米，在高固体通量300 kg/m2.s的空塔速度为8米/秒，比较计算所得的固体的速度。数百循环流化床实验和数值模拟研究已经开展在低通量小于200 kg/m2.s的，而只有少数有限的研究都涉及高固体通量。的k-E气粒湍流模型进行比较实验径向固体76毫米ID七轴向水平的速度和高度10米，高通量循环流化床（HFCFB）的高通量300公斤/ m2.s和肤浅的速度为8米/秒。该HFCFB提升板被分为三个区域的底部部分中的致密固体区域度（h = 0 - 4公尺），流动度（h = 4-8米）和稀区域的上半部分（h = 8时 - 10米），一种循环流化床气化炉的三维模型是由11 I. Petersen和J.Werther的，它使用的速度和固体的连续辐射公司持有流体力学的描述方面。污水污泥气化模型中包括一个复杂的反应网络。在模拟中计算的轴向馈电点的位置及数量的影响进行了检查不同尺度的气化炉。有人发现，由于非常快速的分解，挥发物和挥发物含量高的污水污泥中，侧供给口周围的气体的混合是不完整的，并形成具有高的热解气体浓度的羽状物。非常快的释放的挥发物和挥发物含量高的污水污泥中，混合气体的供给口周围，由于是不完整的，并形成与高量的热解气体浓度的羽状物。如果污水污泥的水平以下的固体返回到在底部区域的热分解气体供给将被消耗的流化空气的热点附近的燃料供给点时的风险。 Vidyasagar Shilapuram的工作12进行实验液固循环流化床（LSCFB）的研究流动制度，运行不稳定，三个关键的过渡速度循环流化床（CFB）政权，固含固体循环速率实验方法。结果表明，如拱形成，液 - 固分离器的堵塞和固体返回管道堵塞的操作不稳定性，观察在这些方法中的两个大的初级和辅助液体速度。关键的过渡速度标定膨胀床从CFB制度观察这三种方法是不同的。宏观的流动性（流动制度，发病的平均固含，平均颗粒浓度和颗粒循环率冒口）是由不同的操作方法不同。二、问题制定 以前的研究工作表明，循环流化床（CFB）的直径有一个显着的传热率的影响，重要的是为应用程序的循环流化床燃烧器和锅炉的周壁。因为较大直径的床具有较低的周界横截面的面积比，从而积累更多的圆周上的颗粒，在内部再循环，在核心中的每单位面积的固体不改变，可能预测的现象。因此，床的直径影响的流体力学和热传递，需要实验室测试之前，实现工业规模的燃烧器的移动设备规模的增加。A.客观性和目的问题制定客观的工作是：1）气旋和降液管中的经营状况对该悬浮液密度的影响。2）悬挂系统的密度分布以及旋流器轴线。3）悬挂系统沿水平或垂直插入配备的降液管的密度分布。4）悬挂沿提升管高度和密度分布的影响，对它们的操作条件。三、实验A.实验设置进行实验与两个laboratorysized比例模型已建成并在室温下运行。这两个单元是相同的高度，并在运行相同的操作条件。显示原理设计在图中示意性地。 1和操作原则条件列于表中的属性使用固体总结于表。 1、主塔2、 返回段3、 配电板4、 孔板流量计5、 空调阀6、 空调阀（次要的）7、 离心式鼓风机8、 发动机9、 压力计10、 计量塔11、蝶阀12、旋风分离器13、排水阀14、疏通阀15、传热探针16、图1.1实验示意图旋风分离器单元测试与显示示意在图1.2四、测量技术A.空气流量和压力损失通过床层的气流速度，测定使用一个标准的孔板流量计设计为D和D/2磁带录音。的公式用于估计的体积流汇率的空气通过节流孔米。压力磁带录音，设置在四个不同的位置沿提升管高度在0.6米井段之间的两个相邻的列（有机玻璃），以确定的轴向悬浮密度的床。四压力还提供了磁带录音沿气旋长度的轴线以确定轴向悬浮密度沿旋风高度。这些压力席上连接到水填补U型管压力计。细铁丝网（B.S.400）和香烟过滤嘴，使用压力攻两端在压力计的压力波动最小化。B.固体流通率位于中间的返回腿的蝶形阀用于测量和控制固体循环速率在CFB循环。关闭阀和测量它上面的在一段时间内收集的固体量时间测量固体循环速率。以稳定的速度蝶阀收盘大幅的帮助下，秒表，时间记录，可存储一定量它上面的固体。五、实验程序实际实验的起动之前，一些试运行被视为有控制的想法，操作参数的测量。已知量的通过顶部的砂送入主列旋风。袋式过滤器，然后覆盖的出口旋风。开始送风机和空气被允许流与空气的帮助下，通过立管列控制阀。的气流速率缓慢地增加，并床开始扩大，并在短期内达到完整的流态化状态时空气流速超过夹带的固体颗粒开始，实际上观察通过有机玻璃列。该保持所需的气流速度，通过调整流过孔板流量计，确定从的压降数据在孔板流量计。该夹带的固体颗粒被允许返回到主列经营曝气循环蝶阀在打开位置。因此，乳化液的时间是一个连续的循环建立。下面的数据记录在实验：1）压力表读数（孔板流量计跨接）2）压力表读数（沿床高度连接）3）压力表读数（沿旋风连接高）4）固体循环速率的数据。六、结果与讨论A.悬浮密度的变化旋风降液管沿轴向变化的悬浮密度以及一直下降管旋风分离器在图1.3（A-C）。三种不同的肤浅速度，即，2.67米/秒，2.9米/秒和3.2米/秒，用于实验。测量取自旋风分离器入口（冒口端）向向下的方向（图1.3（b）条）。的悬浮液的密度达到最高气旋进气口，开始减少在沿旋流器轴线向下的方向，并成为至少在锥形区域。另外，它增加了在向下的方向。该原因是旋转流的强度在圆锥部分比在靠近进气口的部分更密集。因此，较低的旋流强度，较高的粒子沉积。在气旋出口悬浮密度开始增加，这种趋势仍然存在料腿降液管。的气体空塔速度的增加产量增加了进入旋风分离器的固体量，随之增加的匝数和粒子数与壁接触。图中的数据。 1.3（三）对应于两种不同的存货8KG和11公斤。对于这两种情况悬浮密度的减小，在床中增加只有在旋风分离器入口部分由于高固体库存载入中冒口。后来索性意味着对于相同空塔速度减少每单位体积的固体量气体流进入旋风分离器。另外，在向下的方向的旋流器和降液管中，太多的悬浮液密度相对较高，高存货是合乎逻辑的结果，因为粒子在旋风的浓度是简单的正比到固体清单。有关的数据中的悬浮密度的变化与3固体循环速率的变化，测量在不同点（即，沿1.01米0.68米0.44米轴气旋下降管）列于图中。 1.3（d）中这些数据仅仅揭示了悬浮密度随着颗粒循环速率增加。因此，考虑到该传热系数的增加而线性与悬架密度更可以将热量从旋流器入口中的固体提取;在本节中提取的热通量超过在降液管和锥形部分的去除分隔符。B.轴向悬浮密度分布在旋风配备有插入的降液管轴向悬浮密度分布在旋风不同类型的插入如图所示。 1.4（A，B）。该结果提出了8公斤的床上库存和三不同的肤浅速度。从这些数字是观察到的悬浮密度几乎示出了相同类型的沿轴线的旋流器和向下的趋势后起之秀旋风相比，有没有插入。图中的曲线。1.5显示效果上的插入式悬浮浓度剖面里面的旋风。这些图表明，在悬浮密度达到的水平插入的分离器进口高比那些垂直插入的情况下，空气旋。这些结果意味着增加固体浓度增加气体引发的进口部分由于水平插入混合与比较垂直对口;漩涡中梗阻水平插入所造成的气旋芯强通过垂直。悬浮液的密度分布沿旋流器轴线的锥段表示高浓度的固体几乎双重推动下垂直插入然后水平。这是由于固体偏析增强的垂直管安排。在旋风退出节还有不同的是没有可检测的效果插入用于所有的情况下，示于图。 4C表现类似在悬浮液中的密度变化的趋势。C.轴向悬浮密度分布在冒口人们普遍认识到的横截面的平均悬浮密度是最重要的特性影响床之间的传热和炉水墙。常用的传热系数是平均悬浮密度函数。然而，悬浮密度不是一个独立的参数，但与许多操作系统的变化而变化变量，不同的粒子，其中：流化速度和固体回收率，床几何床上抱了起来。此外，也可以是有关指出由于热传输的影响通过的气体和粒子的运动在紧邻的传热面，本地的悬浮密度是物理上更有意义的比横截面的平均密度。该的结果相关的轴向悬浮密度的档案如图所示。 1.6（一）在三个不同的表面速度（即2.67米/秒，2.9米/秒和3.2米/秒）的曲线清楚地表明，约一的初始部分内米床（从底部测量）暂停密度大幅下降，也就是说，曲线斜率此初始部分高于进一步观察朝着冒口退出。轴向悬浮液的固体库存的效果在提升管中的配置文件如图所示。 1.6（b）条。这两个数字显示的效果的固体循环速率，这可能是在一个固定的气体流量由固体库存co9ntroled（图1.6（b）条），反之亦然（图1.6（A）。七、结论实验进行允许得出一些结论，其中包括：悬挂密度最高的入口旋风分离器。它减少了向下气旋垂直轴平行，并成为至少在所述锥形区域。在旋流器的出口处的隔板悬浮液密度开始增加，由于增加粒子浓度。同样的趋势仍然存在浸入管，下降管。悬浮密度的增大而增加在不同高度的固体循环速率主要受气旋和下降管固体库存。在首段立管（1米长的测量从床上底部），悬浮密度大幅下降此后逐渐降低致谢笔者强烈有义务教授Dr.P Mahanta和Head，能源中心，IIT印度古瓦哈提允许有关使用流化床毕业的学生。作者承认有价值建议从USDixit教授，前系主任机械工程，IIT印度古瓦哈提不时时间内完成这项工作。作者承认经济上的帮助，AICTE项目AICTE8023/RID/BOIII/NCP（21）2007 - 61346222项目ID在IIT Guwahati是 ME/P/USD/4。参考1 Peter D.Noymer, Matthew R. 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