附壁分离元件的性能研究

作     者：刘利民 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡大鹏

授予年度：2021年

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] 

主      题：附壁分离元件 柯恩达效应 数值模拟 分离效率 液滴运动 

摘      要：基于柯恩达附壁效应,本文提出了附壁式气液分离元件结构,利用分离弧和凹槽的组合,使得气流经过射流口时能够形成稳定的附壁效应,结合离心分离和惯性碰撞分离的原理,实现高效的气液分离。通过数值分析方法研究附壁分离元件各结构参数对分离元件流场与性能的影响,并确定出最佳的结构参数。搭建附壁分离元件性能实验平台,研究不同气速、液滴粒径分布大小、含液量大小和分离弧内直径大小对于分离元件的性能影响,并通过数值分析方法研究分离元件内不同液滴的行为对分离性能的影响。从附壁分离元件的基础结构出发,运用了二维数值模拟的方法,对附壁分离元件内的流场以及结构参数进行优化,确定出最优的结构参数。研究结果表明:射流口宽度大小是能否形成附壁效应最重要的结构参数,B/E为0.28是完全附壁的临界值,且分离效率和压降均随着B/E值的增大而减小。A/E值的大小对于气流能否附壁几乎无影响,其大小主要对分离元件的压降具有重要影响,压降随着A/E值的增大呈现先减小再增大的关系,两种尺寸的E值均在A/E=1时压降值最小,分离效率几乎不随A/E值变化。槽的角度α为附壁分离元件的另外一个重要参数,对于两种尺寸的E值均是α=47°时能够临界完全附壁,压降和分离效率均随着α的增大而减小。分离效率与压降均随着分离弧的角度β的增大而增大,β=180°为最优的结构参数。分离弧的内直径E值越小,分离效率越高,,压降越高。搭建了附壁分离元件实验平台,实验结果表明:附壁分离元件的分离效率随着气速的增大先迅速增大,在气速为2.5m/s时达到临界气速,此时的分离效率为94.2%。当气速大于2.5m/s时,分离效率开始下降。雾化的液滴粒径分布越小,分离效率越低。气流中含液量越大,分离效率越高。分离弧内直径越小,压降越低,分离效率越高。压降随着入口气速的增大呈现二次方的关系增大。对不同的液滴运动行为分析其对附壁分离元件的性能的影响,结果表明:分离效率随着速度呈现先增大后减小的变化趋势,模型V结果与实验的变化趋势完全相同,实验与模拟的得到的附壁分离元件的临界气速均为2.5m/s。液滴的碰撞行为能够有效的提高附壁分离元件内的分离效率,液滴的破碎对附壁分离元件的分离效率几乎没有影响,欧拉壁膜模型的液膜剪切再破碎和飞溅引起的二次夹带对分离性能影响最明显。