内置涡核破碎翼旋风分离器具有保持较高效率同时降低压降的特点。研究涡核破碎翼参数对分离器性能的影响有重要的意义。本文利用计算流体动力学方法（CFD）,采用雷诺应力模型（RSM）和离散化模型（DPM）,模拟涡核破碎翼参数对分离器性能的影响。结果发现：随着相邻涡核破碎翼间距增大,分离器收集效率及压降均呈现缓慢增长趋势,而随着每组涡核破碎翼个数增加,分离器收集效率及压降均呈缓慢下降趋势。

为了得到颗粒聚团对旋风分离器分离性能的影响，在不同入口颗粒浓度与入口气速下研究其对分离效率的影响。采用雷诺应力模型（RSM）计算湍流流场，通过群体平衡模型（PBM）耦合 CFD 对颗粒相进行数值计算。研究结果表明：时间为2 s 时，旋风分离器内的聚团作用已经趋于稳定，颗粒粒径在1．5μm 到3μm 范围的颗粒在旋风分离器内基本无法被捕集，而粒径大于5μm 的颗粒其分离效率接近于100％；随着入口颗粒浓度的增加，总体分离效率增加，而增加入口气体速度，对分离效率的影响并不是很大。

为了对旋风分离器壁面冲蚀磨损机理进行研究,采用RSM模型和DPM模型对分离器内部气相流场和颗粒运动规律进行双向耦合瞬态求解,并运用自定义函数对失效壁面颗粒的受力进行研究。结果表明：常规旋风分离器中容易失效的部位主要是顶部区域顶面以下25 mm范围内的入口目标区域,筒体部分的局部穿孔以及灰斗底部的冲蚀磨穿。该区域呈现出明显的固体颗粒聚集的现象,从单颗粒的受力分析得出,中间粒径颗粒和大粒径颗粒在筒体顶端和锥体底部的受力平衡是导致灰带出现的主要原因,从而加剧了顶部和灰斗区域的冲蚀磨损。

运用CFD数值计算方法,在不同入口高宽比下,通过雷诺应力模型对分离器速度场进行研究,在拉格朗日坐标系下对粒子轨迹进行追踪,并对壁面磨损进行了对比分析。结果表明：分离空间切向速度峰值和中心区域的速度波动都与高宽比成正比,过大的高宽比也会加剧涡核摆动强度,加剧锥体底部的冲蚀磨损。中间粒径颗粒的入射位置对顶灰环的形成有一定影响,靠近入口下方入射时,颗粒更容易进入灰斗,而在入口上部入射时,容易在分离空间顶端聚集,加重顶部区域的磨损。在磨损方面,筒体部分的冲蚀速率都是从分离空间顶端向下渐渐变小,且随着高宽比的增大最大冲蚀速率逐渐变大。锥体壁面的冲蚀磨损速率沿着轴向向下都出现逐渐增大的趋势。因此,为了兼顾较小的壁面磨损和更好的工艺性能,因选择合适的高宽比。

为了去除工业外排烟气中的微细粉尘，同时回收余热。首次提出单独利用微型旋风分离器对含尘烟气进行换热除尘一体化的试验研究。通过研究旋风分离器的进气速度、排气管插入深度、压降、粉尘浓度、进气温度、冷却介质流量等关键因素，确定符合实际工况的最佳工艺参数。研究结果表明，随着进气速度的增加，除尘效率先增加后减少，在速度为32m3/h时达到最大。当排气管插入深度与入口高度之比在1.1左右时，除尘效率达到最大。换热效率均随着进气速度、进气温度、冷却介质流量的增加而逐渐降低。

针对旋风分离器的排气管内置壁面厚度对其流场和分离性能的影响。采用数值试验模拟分析了旋风分离器的对应于7组不同排气管内置壁面厚度下的速度云图、压降值、切割粒径以及速度矢量的变化情况。结果表明，随排气管内置壁面厚度的逐渐增大，其筒体段和锥体段的整体切向速度依次减小，在筒体段下半部分和锥体段，当内置壁面厚度大于等于0.1D时，中心位置存在二次涡流现象且对其分离效率会产生负影响；随排气管内置壁面厚度的增加，整体轴向速度基本依次增大；随排气管内置壁面厚度的增加，压降值依次减少，切割粒径先略微减少然后一直增大，壁面厚度为0.025D时，其分离效率为最优；随排气管壁面厚度的增加，在排气管内置壁面的正下方，逐渐形成涡旋，并且涡旋强度逐渐增大。忽略旋风分离器排气管内置壁面厚度变化，会造成性...

目前,旋风分离器的结构优化主要局限于控制变量法的单因素优化,不能准确反映综合因素条件下旋风分离器的分离效率,且结构间的细微变化及交互性难以操控,很难进一步提高其分离效率。为解决此问题,以催化裂化装置中的一级旋风分离器为研究对象,提出了基于响应面法的参数优化方法。以对分离效率影响显著的锥管段倾斜角度α、排气管插入深度s和排气管直径De为设计变量,以分离效率和压降为目标函数,优化了旋风分离器的结构参数。结果表明:利用响应面优化法将旋风分离器的分离效率由原来84.3%提升到90.4%,并对比分析了优化前后的速度、压降、分级分离效率等;响应面优化法可从全局角度智能的对结构参数进行优化组合,缩短CAD建模及网格划分时间,并可实现多参数条件下交互性的同时优化,有效提高工作效率;通过数值模拟与试验证明优化后的旋...

采用数值模拟和试验相结合的方法,首先通过试验数据与数值模拟结果的对比,在验证了数值模拟结果准确性的基础上,研究了缩口对旋风分离器流场结构及压降和分离效率的影响。研究结果表明:缩口对维持流场的稳定性具有较好的效果,且能够较大的减小升气管外壁的低速区。旋风分离器的压降和分离效率随缩口角度的增大而增大,当缩口角度为20°时,压降增加较小且对分离效率的提升较大,因此最佳的缩口角度为20°。

在高6m、直径160mm的料腿-翼阀系统试验装置上,以FCC催化剂为固体颗粒物料,改变负压差和颗粒质量流率条件,采用压力传感器并结合试验现象监测记录,研究了料腿-翼阀系统的排料特性。试验结果表明:料腿内的静压力随料腿内轴向高度位置的增加而减小;料腿内的料封高度随颗粒质量流率的增大而减小,随负压差的增大而增大;负压差增大时,翼阀阀板的开启角度增大;颗粒质量流率的增大,使阀板开启角呈增大的趋势,同时阀板处的排料周期减小。通过对翼阀阀板的受力情况进行综合分析,得出了阀板开-关状态的判据。

借助流体力学软件 FLUENT,采用 RSM 雷诺应力模型,对直切双入口型旋风分离器进行了数值模拟,分析了矩形入口不同高宽比对旋风分离器内的气相流场、压力降和分离效率的影响。结果表明:在入口面积和处理量相同的情况下,随着入口高宽比的增加,切向速度先增大后减小,对轴向速度的影响不显著。压力降先增大后减小,受到湍流的影响,在入口高宽比为 3.5 处达到最大值。由于较高的切向速度和较低的湍流强度,入口高宽比为 4.5 时分离效率最高。