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方形分离器结构改进的试验及数值模拟研究

方形分离器结构改进的试验及数值模拟研究

作者：郑安桥东华大学

学位级别：硕士

气固分离器作为一种重要的分离设备,已经被广泛应用于能源动力、化工冶金、建材等很多工业领域。旋风气固分离器作为循环流化床锅炉的关键设备之一,在过去20多年里得到了广泛深入的研究。传统的圆截面的旋风分离器因其热惯性大、体积庞... 详细信息

气固分离器作为一种重要的分离设备,已经被广泛应用于能源动力、化工冶金、建材等很多工业领域。旋风气固分离器作为循环流化床锅炉的关键设备之一,在过去20多年里得到了广泛深入的研究。传统的圆截面的旋风分离器因其热惯性大、体积庞大等因素而难以适应循环流化床锅炉的大型化。方形截面的气固分离器因具有便于安装冷却换热面、热惯性小、热效率高、阻力小以及适应锅炉大型化等优点而得到了应用。针对循环流化床锅炉气固分离技术发展的需要,本文提出了具有4种不同进口形式的方形旋风分离器——垂直单进口方形分离器、垂直双进口方形分离器、倾斜单进口方形分离器、倾斜双进口方形分离器,并通过试验测试和数值计算的方法对其阻力和分离效率等性能参数进行较为系统深入的研究。在实验室小型试验台上应用电厂灰做试验物料测试了这4种具有不同进口形式分离器的分离特性和阻力特性,分析对比了不同进口形式、不同进口风速和不同含尘浓度条件下方形分离器性能的变化规律。在验证了所采用的计算模型和算法对方形分离器流场的模拟预测较精确的基础上,利用商用CFD计算软件Fluent6.3,采用雷诺应力模型(RSM)计算了这4种不同进口形式方形分离器的气相流场及阻力,采用随机轨道模型计算了不同粒径颗粒的运动轨迹及方形分离器的分离效率等参数。同时以垂直单进口方形分离器为基础,通过CFD模拟计算,对其进、出口结构进行了改进设计,提出了4种具有不同进、出口结构的新的垂直单进口方形分离器。本文的试验和计算研究得出以下结论:1)试验研究结果表明:进口形式对方形分离器性能有较大影响;在相同工况下,倾斜进口方形分离器的阻力明显小于垂直进口方形分离器的阻力,而其分离效率略低于垂直进口方形分离器;在相同工况下,倾斜双进口方形分离器的分离性能优于倾斜单进口方形分离器的分离性能,而其阻力略大于倾斜单进口方形分离器的阻力,它们的阻力系数分别为2.01和1.80;在相同工况下,垂直单进口方形分离器的分离性能优于垂直双进口方形分离器的分离性能,而其阻力略大于垂直双进口方形分离器的阻力,它们的阻力系数分别为2.50和2.24。2)通过CFD模拟,得到了这4种新的垂直单进口方形分离器的内部流场结果,并对分离器内部的速度场、颗粒轨迹、压力场、湍动能、湍流耗散率以及分离器的分离效率、阻力等进行了讨论。由流场模拟预测结果可知:方形分离器内部除外旋流和内旋流主流外,还存在一些对分离效率有重要影响的局部二次流,如:分离器内排气管高度空间内的纵向涡流、排气管附近进气口侧的短路流及排灰口附近的回流区等。对分离器阻力及分离效率的数值模拟预测结果与试验测试结果取得较好的一致,模拟计算所采用的模型和算法具有较高的计算精度。3)CFD模拟计算的预测结果表明:垂直单进口方形分离器进口处设置直挡板和圆弧形挡板后,方形分离器的分离效率显著提高,方形分离器的阻力系数迅速增大,阻力系数由2.33分别增大为6.79和3.13;排气管形状及放置形式改为方形平行放置和方形倾斜放置后,分离效率有所提高,且阻力系数有所减小,阻力系数由2.33分别减小为2.00和1.95。综上所述,方形分离器进、出气口的结构形式对其性能有显著影响,可以通过改变方形分离器进气口、出气口的结构来改进方形分离器的性能。本文提出的方形分离器的倾斜进口形式、双进口形式,为方形分离器的结构优化研究提供了一个新的方向。

关键词：循环流化床方形分离器效率阻力试验研究数值模拟

危险废弃物焚烧处置预处理及烟气净化工艺设计

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环境工程 2010年第5期28卷 58-62页

作者：郑安桥上海蓝鸟环境科技发展有限公司上海200333

危险废弃物因其对人类健康、生态环境的严重危害性和破坏性而需特殊处置。以某市危险废弃物焚烧处置工程为例,通过对其预处理系统及烟气净化系统的组成、工程原理、工艺流程等的分析论证,探讨一种危险废物焚烧处置预处理系统及烟气净化... 详细信息

危险废弃物因其对人类健康、生态环境的严重危害性和破坏性而需特殊处置。以某市危险废弃物焚烧处置工程为例,通过对其预处理系统及烟气净化系统的组成、工程原理、工艺流程等的分析论证,探讨一种危险废物焚烧处置预处理系统及烟气净化系统工艺设计的工程原理和性能特点,为今后在工程实际中的运用提供参考。

关键词：危险废弃物焚烧烟气净化预处理工艺设计

不同进口形式方形分离器气固两相流动的数值模拟

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锅炉技术 2011年第5期42卷 38-43,78页

作者：郑安桥高发念上海蓝鸟环境科技有限公司上海200333 威海市规划设计研究院有限公司山东威海264500

利用CFD计算软件Fluent6.3,采用雷诺应力模型(RSM)计算了4种不同进口形式方形分离器的气相流场及阻力,采用颗粒离散模型计算了不同粒径颗粒的运动轨迹及方形分离器的分离效率等参数。模拟预测结果表明:方形分离器内部除外旋流和内旋流... 详细信息

利用CFD计算软件Fluent6.3,采用雷诺应力模型(RSM)计算了4种不同进口形式方形分离器的气相流场及阻力,采用颗粒离散模型计算了不同粒径颗粒的运动轨迹及方形分离器的分离效率等参数。模拟预测结果表明:方形分离器内部除外旋流和内旋流主流外,还存在一些对分离效率有重要影响的局部二次流,如:分离器内排气管高度空间内的纵向涡流、排气管附近进气口侧的短路流及排灰口附近的回流区等。对分离器分离效率的数值模拟预测结果与试验测试结果取得较好的一致,模拟计算所采用的模型和算法具有较高的计算精度,对进一步的数值研究有一定的参考价值。

关键词：循环流化床分离器方形旋风分离器数值模拟

出口结构对方形旋风分离器性能影响的数值模拟研究

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安全与环境学报 2009年第4期9卷 32-37页

作者：苏亚欣郑安桥赵兵涛东华大学环境学院上海201620 上海理工大学动力工程学院上海200093

利用CFD技术模拟研究了排气管结构对矩形进口方形旋风分离器的阻力和分离特性的影响机理。其中气相模型采用雷诺应力湍流模型(RSM),颗粒相采用随机轨道模型。首先将计算结果与实验数据作对比,表明模型计算结果可靠。结果表明,分离器内... 详细信息

利用CFD技术模拟研究了排气管结构对矩形进口方形旋风分离器的阻力和分离特性的影响机理。其中气相模型采用雷诺应力湍流模型(RSM),颗粒相采用随机轨道模型。首先将计算结果与实验数据作对比,表明模型计算结果可靠。结果表明,分离器内部排气管和分离器壁面间的区域为强旋湍流区,靠近分离器壁面和排气管壁面的区域旋流强度较弱。方形的排气管结构使方形旋风分离器的效率提高而阻力降低。其原因是改变排气管的结构影响分离器内的流动特点和湍动能的分布,从而影响了分离效率和阻力损失。排气管下方的分离器锥体区域出现回流,排气管为圆管时回流的范围和速度较大,导致小颗粒易于随气流向上运动进入排气管逃逸,使分离效率较小;且排气管为圆管时分离器内的湍流动能也较大,是造成阻力损失较大的原因。合理设计分离器的出口结构以改变分离区的湍动能分布是减小能量损失的着眼处。

关键词：热能工程循环流化床方形旋风分离器出口结构

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生物质气化制氢研究现状

能源与环境 2007年第2期 72-75页

作者：郑安桥张先中苏亚欣东华大学环境科学与工程学院上海201620

重点讨论生物质催化气化制氢的基本原理和基本过程,阐述生物质催化气化制氢、超临界水中生物质催化气化制氢、等离子体热解气化制氢的研究现状,指出生物质气化制氢的广阔前景。

关键词：生物质催化气化制氢

进口结构对方形旋风分离器性能影响的数值研究

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热科学与技术 2009年第4期8卷 318-325页

作者：苏亚欣郑安桥杨翔翔东华大学环境学院上海201620 黎明大学校长办公室福建泉州362000

利用CFD模拟研究了一种具有双矩形进口的方形截面的旋风分离器内部的流动特点,其中气相模型采用了雷诺应力湍流模型(Reynolds stress model,RSM),颗粒相采用随机轨道模型。计算结果与文献实验数据的对比表明模型具有可靠性。模拟结果表... 详细信息

利用CFD模拟研究了一种具有双矩形进口的方形截面的旋风分离器内部的流动特点,其中气相模型采用了雷诺应力湍流模型(Reynolds stress model,RSM),颗粒相采用随机轨道模型。计算结果与文献实验数据的对比表明模型具有可靠性。模拟结果表明:在分离器内部的排气管和分离器壁面间的区域为强旋湍流区,靠近分离器壁面和排气管壁面的区域旋流强度较弱;排气管下的分离器内出现了回流;进口结构影响分离器内的旋流分布特点和回流开始位置及湍动能的分布,从而影响了分离效率和阻力,其中倾斜双进口的方形分离器内旋转向下的气流运动区域更大,回流开始位置更低,因此其分离效果更好;进口结构影响分离器内局部湍动能的分布特点和大小,从而决定了分离器的阻力大小;倾斜双进口的方形分离器内的局部湍动能小于对应的垂直单、双进口分离器,因此其阻力系数最小。

关键词：方形旋风分离器进口结构数值模拟

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黑碳气溶胶研究现状

能源环境保护 2007年第5期21卷 4-8页

作者：郑安桥苏亚欣赵敬德东华大学环境科学与工程学院上海201620

简单介绍了黑碳气溶胶的来源、生成机理、一般性质及危害,概括介绍了国内外相关领域的研究现状,指出黑碳气溶胶在气候变化以及大气环境等领域中具有重大的研究价值和意义。

关键词：黑碳气溶胶全球变暖气候变化

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活性炭表面功能化及对镉离子的吸附性能

应用化工 2022年第7期51卷 1976-1978,1984页

作者：范明霞王家宏高辉唐容燕黄甜甜夏楷郑安桥湖北工业大学材料与化学工程学院湖北武汉430068

活性炭的吸附性能与其表面化学密切相关,为讨论活性炭表面化学性质对镉离子吸附特性的影响,对表面功能化活性炭对镉离子的吸附性能进行了研究。对活性炭进行氨气还原改性处理以实现表面功能化,改性后活性炭含氧官能团数量减少,零电荷点... 详细信息

活性炭的吸附性能与其表面化学密切相关,为讨论活性炭表面化学性质对镉离子吸附特性的影响,对表面功能化活性炭对镉离子的吸附性能进行了研究。对活性炭进行氨气还原改性处理以实现表面功能化,改性后活性炭含氧官能团数量减少,零电荷点增大,成功在活性炭上引入含氮官能团。氨改性后活性炭对水溶液中Cd(Ⅱ)的去除率明显提高,该吸附是一个自发且吸热的过程。通过XPS分析改性前后、吸附前后活性炭表面化学性质,探明Cd(Ⅱ)主要通过离子交换和配位络合两种作用方式在活性炭上吸附,与Cd(Ⅱ)发生络合作用的是活性炭表面含氧官能团和含氮官能团。

关键词：活性炭表面功能化氨改性镉离子吸附机理

城市河流廊道不同尺度景观特征与鸟类及蝴蝶多样性研究

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城市河流廊道不同尺度景观特征与鸟类及蝴蝶多样性研究

作者：郑安广西大学

学位级别：硕士