旋风分离器内涡核摆动的特性研究_高助威.pdf

### 旋风分离器内涡核摆动的特性研究 #### 概述 旋风分离器是一种广泛应用在工业生产中的高效分离设备，主要用于气体中固体颗粒或液滴的分离。其工作原理基于离心力作用下，颗粒物质受到的惯性离心力远大于其在径向方向所受的其他力（如阻力、重力等），从而实现固气分离或液气分离。然而，在实际运行过程中，旋风分离器内部会出现涡核摆动这一不稳定现象，该现象会对流场造成扰动，导致颗粒物出现返混现象，进而影响分离效率。 #### 涡核摆动的定义及影响 涡核摆动是指在旋风分离器内部，由于流体动力学效应而导致的涡核位置随时间周期性地发生偏移的现象。这种摆动会导致流场中产生额外的扰动，使颗粒物难以沿着预定路径稳定移动，从而影响到分离效果。 #### 研究方法 本研究采用了两种主要的方法来探讨旋风分离器内涡核摆动的特性： 1. **实验测量**：采用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）对旋风分离器内部流场的基本参数进行了测量，获取了流场的速度分布等关键数据。 2. **数值模拟**：利用Reynolds应力输运模型（RSM）对旋风分离器内部的流动进行了数值模拟。通过该模型可以更加深入地理解流场的动态变化特性，并且能够验证实验测量数据的准确性。 #### 主要研究成果 1. **涡核摆动频率的确定**：通过对旋风分离器内某特定截面（Z/Z3=0.71）上瞬时切向速度的波动进行傅里叶变换，发现存在一个与涡核摆动相关的集中分布频率。这表明涡核摆动具有一定的周期性特征。 2. **涡核中心的运动轨迹分析**：研究显示，在旋风分离器的不同截面上，涡核中心的位置及其偏离几何中心的程度各不相同。此外，这些涡核中心并不位于同一平面上，而是呈现出复杂的摆动状态。 3. **旋流不稳定性指数（TII）的应用**：通过分析TII曲线，研究人员发现当气流从不对称的入口结构进入旋风分离器时，涡核中心开始偏离几何中心，旋流的不稳定性逐渐增大。随着旋流继续向下流动，入口结构的不对称性对旋流的影响逐渐减小，不稳定性也随之降低。最终，在Z/Ze=8之后，流场趋于稳定状态。 #### 结论 本研究通过实验测量和数值模拟相结合的方式，深入探讨了旋风分离器内涡核摆动的特性及其对分离效率的影响机制。研究结果对于优化旋风分离器的设计、提高分离效率具有重要的理论意义和实际应用价值。未来的研究还可以进一步探索不同工况下涡核摆动的特性和规律，以及如何通过改进设计减少涡核摆动带来的负面影响。