资源描述：
《型惯性气液分离器性能研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷第4期热能动力工程Vo.l25,No.42010年7月JOURNALOFENGINEERINGFORTHERMALENERGYANDPOWERJu.l,2010文章编号:1001-2060(2010)04-0394-05型惯性气液分离器性能研究栾一刚,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N-S方程,湍流模型采用标准k-模型,获知分离器内部流场分布特性,对不同间隙的型气液分
2、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率特性。研究表明,型气液分离器具有较高的气液分离效率,并且分离效率与叶片间距有很大影响,采用的型叶片间距为18.2mm时,平均分离效率在90%以上。关键词:型气液分离器:数值模拟:模型实验;阻力;分图1早期惯性型气液分离装置离效率中图分类号:TK47;U664.5文献标识码:A引言利用惯性分离原理的液滴分离装置早在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中。刘顺隆等利用数值模拟方法[1]研
3、究了转折角对惯性级阻力性能的影响,陈丽华等人对流化床中常用的U型槽管束惯性分离器内[2]流动特性进行了数值实验研究,分析了U型惯性图2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1是早期的几种惯性分离器实验装置,这些装置由垂直方向排列的金属薄板片组成,气流沿着由叶片组1数值方法成的Z字形槽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由1.1数学模型端部的疏水槽拦住并沿疏水槽流向底部。本研究提利用Boussinesq涡旋粘性假设,忽略质量力的[3,5]出的型气液分离器
4、结构如图2所示,由若干带矩可压缩粘性气体的NavierStokes方程组描述为:形疏水槽的弯曲叶片组成,气流从左边端面进入分连续方程:离器,沿着叶片流道向右流动,气流携带的液滴在曲!+(!ui)=0(1)折流道中由于惯性力作用与分离器壁面撞击而被捕txi捉,顺壁面疏水槽流到底部,最后通过疏水管道排出动量方程:到收集箱内排出,而过滤后的气体则经由叶片右端p∀ij(!ui)+(!uiuj)=-+(2)txjxiuj面排出惯性分离器,从而达到气液分离的目的。能量方程:收稿日期:2009-07-08;修订日期:2009-1
5、0-22作者简介:栾一刚(1981-),男,山东潍坊人,哈尔滨工程大学博士研究生.第4期栾一刚,等:型惯性气液分离器性能研究∀395∀uiuiuiui中心线作为周期性边界来处理,考虑分离器疏水槽!e++uj!e++p=t2xj2处微小结构,对疏水槽处网格进行局部加密处理,所T采用的计算网格如图4所示。k+uj∀ij(3)xixi状态方程:p/!=RT(4)uiuj2uk式中:∀ij=(#+#T)+-∃ij(#+#T);xjxi3xk23∀ij!粘性应力张量,kg/(m∀s);!!密度,kg/m;图3模型计算域示意
6、图ui!速度分量,m/s;p!压力,Pa;e!单位质量的内能,J;k!热传导系数,W/(m∀K);T!温度,K;#!动力粘性系数,Pa∀s;#T!涡旋粘性系数,Pa∀s。以k-湍流模型模拟涡旋粘性系数,忽略重力影响则有关于湍动能k及其耗散率的一般表达式:Dk#Tk!=#++Gk-!-YM(5)Dtxi%kxi图4计算域网格示意图2D#T!=#++C1Gk-C2!Dtxi%xikk1.3边界条件[6](6)进、出口及壁面边界条件给定为:2式中:!平均速度梯度产生的湍动能,由Gk=#TS进口:进气压
7、力为101325Pa,进气温度为决定。300K,法向气流方向;这里S#2SijSij为平均应变率张量的模,平均出口:压力出口调整至入口所要求的速度值1应变率张量为:~10m/s;1uiuj固壁:绝热(常温条件下可以忽略流体与外界Sij=+2xjxi热交换),无滑移;由Sarkar建议的模拟可压缩湍流脉动膨胀对总周期性边界条件。体耗散率的贡献的表达式为:22数值模拟结果YM=!2Mt湍流马赫数定义为:计算获得了不同进气流速下的分离器内部流2Mt=k/a场,为了详细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
8、:部的流动特性,图5~图7分别列给型惯性叶片2k间距为22mm时、入口流速为7m/s时,内部流场速#T=!C#(7)度矢量、静压等值线分布和总压等值线分布。由B.E.Launder和D.B.Spalding给出的常数C1、C2、C#以及k和的湍流普朗特数%k和%的值分别为:C1=1.44,C2=1.92,C#=0.
