筒体直径对旋风分离器性能的影响及其流场机制

作     者：牛宏斌 邱丽 杨景轩 张忠林 郝晓刚 赵忠凯 阿布里提 官国清 

作者机构：太原理工大学化学工程与技术学院 山西科化技术服务有限公司 中国成达工程有限公司 日本国立弘前大学理工学部 日本国立弘前大学地域战略研究所 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金项目(22378285) 山西省基础研究计划自然科学研究项目(202203021211164) 国家留学基金委2022年度西部地区人才培养特别项目,地方合作项目地方创新子项目 山西科化技术服务有限公司项目(20210507) 

主　　题：旋风分离器 两相流 计算流体力学 筒体直径 性能 

摘      要：筒体直径是旋风分离器尺寸优化的核心，但关于其对性能的影响，文献报道了不同结果，且鲜有探讨其流场机制。本研究在控制入口尺寸为145 mm×63 mm，入口气速为27.5 m/s，其他尺寸与筒径成一定比例的条件下，通过性能测试研究筒径对性能的影响；利用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics， CFD）探索流场机制。结果表明，压降随筒径增加而减小，切向速度的降低是主因。分离效率随筒径增加而先增后减，最佳效率筒径约410 mm。流场分析表明其与以下机制有关：分离器内气流切向速度和轴向速度随着筒径的增加而降低，但轴向速度降幅更大，且在大筒径中产生滞留现象，二者共同作用使内旋流对微小颗粒的二次分离能力随筒径增加而提高，返混逃逸率因此降低。筒径增大后，上行流区域扩张，排气管口较强的径向汇流对上行流产生影响，造成颗粒短路逃逸的同时也加剧了内旋流所持颗粒的逃逸，逃逸量随筒径增加而先减小后增大，最佳筒径处最低。增大筒径会使得排气管外形成上行流屏障，颗粒短路逃逸难度增大，但过分增加筒径会造成短路流量增加。