下排气方形分离器三维流场的测定和试验分析.docxVIP

:1999 0620612205下排气方形分离器三维流场的测定和试验分析邱坤赞, 李晓东, 梁绍荣, 潘国清, 严建华(浙江大学 热能工程研究所, 浙江 杭州 310027)摘 要: 采用五孔球形探针测量了 400 mm ×400 mm 下排气方形分离器实验模型内的气流流场, 将测量结果与前人的圆形旋分离器和上排气方形分离器结果进行了对比和分析Λ结果表明流场呈不对称分布,切向速度外部呈自由涡流动, 中心筒外侧没有出现明显的刚性涡区; 纵向速度比切向速度小得多; 轴向 速度在导流锥部分外侧向上, 内侧向下, 在排气管周围区域为内侧向上, 外侧向下Λ 在角区内, 存在角涡 流动, 相关实验表明, 角区流动对分离器的分离效率和阻力性能影响很大Λ关键词: 气固分离; 分离器; 流场测试; 两相流中图分类号:TQ 051. 8文献标识码: A前言0能源与环境问题一直是人们关注的焦点Λ 循环流化床技术因具有能源与环保方面的优点而得以迅速发展, 其重要组成部分—— 气固分离装置的结构形式及分离 性能对整个流化床锅炉的制造及实现其高效清洁的运行影响很大Λ方形分离器是一种新型的气固分离装置Λ 它结构简单易于制造; 其外形的四方形结构易于与锅炉匹配布置; 可直接与水冷壁结 合, 省掉了炉膛与分离器间的膨胀连接Λ 为了研究方形分离器的分 离机理, 优化分离器结构, 作者对浙江大学热能工程研究所研制的下排气方形分离器1 内的流场进行了测试, 对前人未作详细测量的 角涡流动给予特别关注, 并结合实验结果, 分析流场对分离器性能 的影响Λ在旋风分离器流场测试方面已有很多研究, 详见文献2 ～ 8 Λ实验装置及测试方法1本实验采用 400 mm ×400 mm 方形下排气分离器模型进行冷态模拟实验, 入口风速为 19. 6 m /s, 结构如图 1Λ流场测试采用五孔球形探针, 由 U型管、倾斜式微压计和电子微压计测量压力, 其原理详见文献2, 5Λ图 1 下排气方形分离器收稿日期: 1996212228作者简介: 邱坤赞 ( 1972- ) , 男, 广西桂林人, 浙江大学博士生, 从事洁净燃烧技术的研究Λ第 6 期邱坤赞等: 下排气方形分离器三维流场的测定和试验分析6132 结果及分析2. 1 切向速度分布气流的切向运动是使颗粒作离心旋转运动的主要原因, 也是影响气固分离的关键, 因而受到研 究人员的普遍关注Λ由于方形分离器结构和流场的特殊性, 我们将主流区的运动和角区内的流动分开, 以便分析和讨论Λ图 2 和图 3 是不同方位 ( 0°～ 180°) 和 ( 90°～ 270°) 上切向速度在不同轴位置上沿径向的分布Λ 在导流锥周围、排气管周围以及导流锥顶到出气口之间区域的分布不太相似Λ 导流锥、排气管周围 切向速度分布与文献8 中芯管的分布相似, 即中心管和导流锥占据了中心刚性旋流区的位置, 使 得切向速度分布与传统旋风分离器内中心刚性旋流、外部自由涡流动的现象不同, 但仍可用自由涡流动来描述Λ在锥顶与排气口之间, 切向速度分布与传统的旋风分离器情况相似, 即切向速度沿径 向存在一峰值, 即仍存在中心刚性旋转运动和外部自由涡的强旋运动Λ 改变中心排气管高度, 使锥 顶与排气口距离加大, 发现切向速度的峰值位置向轴线靠近, 即中心刚性旋转区缩小Λ图 2 0°～ 180°切向速度2. 2径向速度分布图 3 90°～ 270°切向速度径向速度是影响分离的重要因素, 但由于在流场中径向速度较低, 特别是在中心刚性准强制涡区, 因而测量困难Λ现有的报道也各不相同: 柳绮年2 对旋风分离器流场测试发现, 径向速度一般比 切向速度小一个数量级且呈非轴对称分布; 许宏庆7 的研究结果与此相似, 认为在旋风分离器外部 区域, 径向速度比切向速度小得多, 在中心区域, 他们是同量级的Λ由图 4 和图 5 我们可以看出在导 流锥及排气管周围径向速度较小Λ在锥顶与排气口之间的区域径向速度较大, 这可能是导致短路现 象的重要因素Λ2. 3 轴向速度的分布在旋风分离器中, 外层下行及内层上行的双层旋转流动结构的定性分布得到了一致公认Λ柳绮年2及许宏庆7 还发现在中心区域由于压力比较低, 有时会出现倒流现象Λ 凌志光5 也得到相似的结论Λ 我们的测试结果如图 6 和图 7, 发现在导流锥环形区域内, 外层向上而内层向下, 类似于涡运动Λ 在排气管与分离器壁之间区域内, 呈内层向上, 外层向下的趋势Λ 在锥顶与排气口之间区域呈 内层向下, 外层向上的趋势, 这与姚建奎6 下排气旋风分离器试验结果一致Λ2. 4角区内流动方形分离器的外形呈方形, 气流在角区发生转折, 必然在角区形成回流 ( 图 8) Λ 由测量结果发