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《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言随着现代工业和能源领域的快速发展，气水两相喷雾技术被广泛应用于燃料喷射、冷却系统、燃烧过程等多个领域。
拉瓦尔效应作为气水两相喷雾技术中的重要物理现象，对于提高喷雾效率、优化喷嘴设计以及控制燃烧过程具有重要意义。
本文基于拉瓦尔效应，对气水两相喷雾进行数值模拟研究，旨在深入理解其流动特性和喷雾特性，为实际应用提供理论依据。
二、拉瓦尔效应概述拉瓦尔效应是指当流体在喷管中加速时，由于喷管扩张段的存在，流速降低而压强增加，同时温度也随之增加。
当达到一定的出口状态时，喷出的气流由于温度、速度等因素的作用形成了一定的动力学优势，产生压缩现象。
该效应对于两相流喷雾中的雾化和颗粒的分布特性具有重要影响。
三、数值模拟方法本研究采用计算流体动力学（CFD）方法进行数值模拟。
首先，建立气水两相喷雾的物理模型和数学模型，包括喷嘴结构、流体性质、边界条件等。
然后，采用拉格朗日或欧拉-欧拉法进行模拟计算。
对于喷嘴内流体的运动特性、流动特性和喷射过程的相互作用，利用VOF模型和粒子追踪法等数值计算方法进行分析。
同时，根据不同工况下的实验数据对模型进行验证和修正。
四、气水两相喷雾特性分析在数值模拟过程中，我们观察到气水两相喷雾的流动特性和雾化特性受到多种因素的影响。
首先，喷嘴的形状和尺寸对喷雾的分布特性和颗粒大小有显著影响。
其次，气水混合物的速度和流量也会影响喷雾的雾化和分布。
此外，喷嘴出口处的压强和温度也会对喷雾的形态和分布产生影响。
在分析过程中，我们特别关注了拉瓦尔效应在喷雾过程中的作用，探讨了其对于提高喷雾效率和优化喷嘴设计的意义。
五、结果与讨论通过数值模拟，我们得到了不同工况下的气水两相喷雾特性和流场分布情况。
在考虑拉瓦尔效应的基础上，我们分析了喷雾过程中颗粒的大小、速度、分布特性等参数的变化规律。
同时，我们对比了模拟结果与实际实验数据的差异，验证了模型的可靠性和准确性。
气液两相流数值模拟方法的研究与应用气液两相流是指同时存在气体和液体的复杂流动现象，广泛存在于自然界和工业生产中，如瀑布、波浪、化工反应器、石油开采等。
气液两相流的研究对于理解和控制这些现象、提高生产效率和安全性具有重要意义。
数值模拟是研究气液两相流的有效方法。
相比于实验方法，数值模拟的优势在于能够获得更多的细节信息和精确数据，同时也可以极大地降低成本并避免实验过程中的危险性和不确定性。
本文将介绍气液两相流数值模拟的方法，及其应用领域和未来挑战。
一、数值模拟方法1. 传统方法传统方法通常采用两相流模型，基于欧拉方程求解。
由于气液两相流的复杂性，这种方法常常涉及到多个物理场的耦合和相互作用，如热传递、质量传递、化学反应、多相流动力学等。
因此，该方法具有计算量大、计算时间长、计算结果不精确等缺点。
2. 基于LBM的方法LBM（lattice boltzmann method）是一种介观尺度（宏观与微观之间的中间尺度）数值模拟方法，可以直接模拟流体内部微观运动方式，适用于模拟多相流动现象。
这种方法是根据Boltzmann方程建立的，通过碰撞模型模拟流体分子的运动，以此获得整个流场在不同时间的状态。
该方法具有计算速度快、模拟精度高、易于建模及可扩展性等优点。
3. 基于CFD的方法CFD（computational fluid dynamics）是指应用计算机数值方法对流体流动进行模拟和分析的工程技术。
CFD方法通过建立流动场的数学模型并采用数值求解方法进行计算，从而得到流场的物理或数学解。
这种方法在气液两相流领域中也得到了广泛应用。
4. 其他方法此外，还有一些其他的数值模拟方法，例如基于粒子方法的SPH（smoothed particle hydrodynamics）和DEM（discrete element method）等。
这些方法基于不同的假设和算法，都有各自的优缺点，在不同的气液两相流应用场景中发挥着重要的作用。
气液两相流的分离方法综述摘要：本文从气液两相流分离方法出发，分析了6种最常见的气液分离方法。
研究了各种气液两相流分离方法的原理，介绍了各方法的优缺点及利用这些方法制造出的气液分离器的结构，并介绍了各种分离方法适用的领域，并针对部分方法提出了可能的改进方法。
关键字：气液两相流分离机理气液分离器引言气液两相流的分离主要在气液分离器中进行，而气液分离器采用的分离结构很多,其分离方法主要有6种，分别是：1、重力沉降；2、折流分离；3、离心分离；4、丝网分离；5、超滤分离；6、填料分离等。
但综合起来分离原理只有两种：一、利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离（如分离方法1、2、3、6）。
气体与液体的密度不同，相同体积下气体的质量比液体的质量小。
二、利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离（如分离方法4、5）。
液体的分子聚集状态与气体的分子聚集状态不同，气体分子距离较远，而液体分子距离要近得多，所以气体粒子比液体粒子小些。
下面就每种方法的原理进行介绍。
1.重力沉降1.1 重力沉降原理气液重力沉降分离是利用气液两相的密度差实现两相的重力分离,即液滴所受重力大于其气体的浮力时,液滴将从气相中沉降出来,被分离。
由于气体与液体的密度不同，液体在与气体一起流动时，液体会受到重力的作用，产生一个向下的速度，而气体仍然朝着原来的方向流动，也就是说液体与气体在重力场中有分离的倾向，向下的液体附着在壁面上汇聚在一起通过排放管排出。
1.2 重力沉降式气液分离器图1 立式和卧式重力沉降气液分离器简图重力沉降分离器一般有立式和卧式(图1)两类，它结构简单、制造方便、操作弹性大，但操作需要较长的停留时间，分离器体积大，笨重，投资高，分离效果差，只能分离较大液滴，其分离液滴的极限值通常为100μm，主要用于地面天然气开采集输。
1.3 发展现状经过几十年的发展，该项技术已基本成熟。
当前研究的重点是研制高效的内部填料以提高其分离效率。
此类分离器的设计关键在于确定液滴的沉降速度，然后确定分离器的直径。
流线型两通道带钩波纹板除雾器结构优化的数值模拟皮新瑞;王泽忠;董颖;鞠铠阳【摘要】order to improve the efficiency of mist eliminator,on the basis of the streamline wave plate in addition to fog,to some of the optimization,add a hook plate and e methods of numerical simulation,simulation of 60 kinds of operating modes are carried out on three models,research shows:YW type and YY type in addition to fog can improve the efficiency of the fog,especially in the condition of small size,low tassel,the partial loss of local resistance is larger than that of the WW type.%为提高除雾器的除雾效率,在流线型波纹板除雾器的基础上,进行了一些了的优化改型,添加一个钩板以及挡板.采用数值模拟的方法,对三种模型进行了60种工况的模拟,研究表明:YW型和YY型除雾器能够较大程度的提高除雾效率,尤其是在低流速、小粒径的工况.但是由于YW型、YY型的钩板和挡板的存在,局部阻力产生局部损失时压降较WW型的大.【期刊名称】《东北电力大学学报》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】6页(P95-100)【关键词】除雾器;带钩波形板;数值模拟【作者】皮新瑞;王泽忠;董颖;鞠铠阳【作者单位】大唐东北电力试验研究所有限公司,吉林长春 130012;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林 132012;天津国投津能发电有限公司,天津 300480;天津国投津能发电有限公司,天津 300480【正文语种】中文【中图分类】X701.7除雾器是一种有效且被广泛应用的气液分离设备，其主要功能就是将脱硫塔中气体夹带的溶解有硫酸、硫酸盐、二氧化硫等有害物质的“雾”进行妥善处理。
摘要：利用流体力学计算方法和商用模拟软件，对湿法烟气脱硫中折板型除雾器内气液两相流流场进行数值实验，得到了不同结构下烟气的流动规律和液滴运动轨迹。
通过调节参数，计算了多种除雾器结构（除雾器板间距，除雾器转折角）和工况（气体流速，液滴直径）下的除雾器分离效率；分析了各参数对除雾器分离效率的影响，得出了一般情况下除雾器分离规律。
在此基础上提出了高效除雾器的叶片结构参数，可望应用于湿式烟气脱硫系统除雾器的设计。
关键词：除雾器；数值模拟；湿法烟气脱硫；分离效率ABSTRACT：Experimental study on flue gas desulfurization .The computational fluid dynamics (CFD) method was used to simulate numerically the two phase flow of gas and liquid in demister with serrated baffles in wet flue gas desulfurization (WFGD) system. By calculating the separation efficiencies of various demisters with different structural parameters (plate spacing and turning angle) and varying operational parameters (gas flow rate and droplet size), their effect on efficiency has been analyzed, and herewith a general rule for separation efficiency obtained, also an efficient combination of parameters on structure of the demister is suggested, directly applicable for designing demisters in WFGD.Keywords: demister; numerical simulations; wet flue gas desulfurization; numerical calculation1 前言湿式烟气脱硫工艺是目前世界上应用最广泛、技术最成熟的湿法烟气脱硫技术[1-2]。
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言随着科技的发展，气水两相喷雾系统在工业生产、农业灌溉、环保技术、医学工程等领域得到广泛应用。
作为这种喷雾系统的关键组成部分，拉瓦尔效应所表现的物理现象对于系统性能起着至关重要的作用。
本研究的主题是基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究，旨在通过深入探讨其运行机制和优化设计，提高喷雾系统的性能和效率。
二、拉瓦尔效应简介拉瓦尔效应是指气体在经过一个收缩喷管后，通过压缩和加速达到超音速状态的现象。
在气水两相喷雾系统中，拉瓦尔效应对喷雾的粒径分布、速度分布以及喷雾的覆盖范围等具有重要影响。
因此，对拉瓦尔效应的深入研究对于优化气水两相喷雾系统的设计具有重要意义。
三、数值模拟方法为了更深入地研究拉瓦尔效应，我们采用了数值模拟的方法。
这种方法通过计算机模拟实验，对流体动力学行为进行定量和定性的分析。
具体而言，我们使用了先进的计算流体动力学（CFD）软件，建立了气水两相喷雾系统的三维模型，并对其进行了数值模拟。
四、模拟结果与分析我们首先模拟了不同喷管直径和喷管长度对气水两相喷雾的影响。
结果表明，喷管直径和喷管长度对喷雾的粒径分布和速度分布具有显著影响。
在适当的喷管直径和长度下，拉瓦尔效应可以有效地提高喷雾的覆盖范围和均匀性。
此外，我们还发现，通过优化喷管的设计，可以有效地控制喷雾的速度和粒径分布，从而提高喷雾系统的性能和效率。
五、优化设计与实验验证基于数值模拟的结果，我们对气水两相喷雾系统进行了优化设计。
我们设计了一种新型的喷管结构，并通过实验验证了其性能。
实验结果表明，新型喷管结构能够显著提高喷雾的覆盖范围和均匀性，同时降低粒径分布的变异系数。
这表明我们的优化设计是有效的，能够提高气水两相喷雾系统的性能和效率。
六、结论本研究基于拉瓦尔效应对气水两相喷雾进行了数值模拟研究。
通过深入探讨拉瓦尔效应的物理机制以及喷管设计和工作条件对喷雾特性的影响，我们揭示了其工作原理及关键因素对喷雾效果的影响机制。
应用响应曲面法的波纹板除雾器钩片尺寸优化洪文鹏;雷鉴琦【摘要】基于计算流体方法,采用二维、不可压缩、非稳态流动模型,对湿法烟气脱硫塔中带钩波纹板除雾器内的气液两相流场进行数值模拟,比较了除雾器性能的模拟值和实验值.利用计算结果,基于响应曲面法并使用Design-Expert软件研究了钩片直段长度(H)、钩片圆弧段转折角度(β)及钩片圆弧段转折半径(r)对除雾器性能的影响,得到了除雾器性能的二次多项式预测模型.研究结果表明,除雾器性能的模拟值与实验值吻合较好,验证了数值计算结果的可靠性;在上述多个影响因素中,H、β、r、H平方项及H和β的交互作用对除雾器性能的影响最为显著;在所研究的尺寸范围内,当H=15.51 mm、β=35.96°、r=25.78 mm时,除雾器性能达到最优.所得结论有助于进一步改善除雾器的结构优化设计.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2016(049)011【总页数】5页(P170-174)【关键词】除雾器;钩片尺寸;气液两相流;数值模拟;响应曲面法【作者】洪文鹏;雷鉴琦【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林132012;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林吉林132012【正文语种】中文【中图分类】X701;TM6210 引言带钩波纹板型除雾器作为一种高效的除雾器形式，广泛应用于化工、石油、压力容器等行业中的气液分离装置中[1-2]，加装钩片促使除雾器叶片间通道气流发生剧烈偏转，从而增加了雾滴的拦截几率，在可接受的压降范围内具有较高的效率。
目前，国内针对带钩波纹板除雾器钩片尺寸的研究成果报道不多。
本文应用响应曲面法[3]，建立Box-Behnken数学模型[4]，通过计算流体动力学计算软件Fluent进行多工况数值模拟，考察了钩片结构参数对除雾器性能的影响，在此基础上建立了相应的预测模型，确定了钩片的最优参数，为带钩波纹板除雾器的研究提供了有益的尝试。
第36卷第12期电力科学与工程V ol. 36, No. 12 2020年12月Electric Power Science and Engineering Dec., 2020 doi: 10.3969/j.ISSN.1672-0792.2020.12.008新型组合式除雾器内部气液两相流场数值模拟方立军，秦箫珊，王亮（华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003）摘要：为了提高脱硫后烟气经过除雾器时的液滴捕集效率，采用CFD技术对组合除雾器内部流场进行数值模拟，分析了烟气流速、液滴粒径和除雾器板型对除雾效率和压降的影响。
结果表明折线型三通道除雾器压降最小，但除雾效果差，对于20 μm以下的液滴基本无法脱除；百叶三通道除雾器进出口压降最大，但对超细液滴具有优越的脱除效果；优化后的百叶除雾器大大提高了对5 μm液滴的捕集效率，为烟气脱白除雾结构设计提供了一定的理论指导。
关键词：组合除雾器；数值模拟；除雾效率；压降；结构优化中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1672-0792(2020)12-0051-07Numerical Simulation of Gas-liquid Two-phase Flow Field in aNew Type of Combined DemisterFANG Lijun, QIN Xiaoshan, WANG Liang(School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)Abstract:In order to improve the collection efficiency of droplets in the flue gas after desulfurization passing through the demister, CFD technology is used to simulate the internal flow field of the demister.The effects of flue gas velocity, droplet size and demister plate type on the mist removal efficiency and pressure drop are analyzed. The results show that the pressure drop of the zigzag three channel demister is the smallest, but the defogging effect is too poor, and the droplets below 20 μm cannot be removed at all.Although the inlet and outlet pressure drop of the louver three channel demister is the largest, it has a superior removal effect on ultra-fine droplets. The optimized louver demister greatly improves the collection efficiency of 5 μm droplets. It provides a theoretical guidance for the structural design of flue gas de-whitening and demisting.Key words: combined demister; numerical simulation; demister efficiency; pressure drop; structural optimization收稿日期：2020-09-24基金项目：河北省自然科学基金面上项目（2019502072）作者简介：方立军（1971—），男，副教授，主要从事大气污染物控制和洁净煤技术方面的研究；秦箫珊（1996—），女，硕士研究生，研究方向为燃煤电厂烟气脱白治理；王亮（1995—），男，硕士研究生，研究方向为循环流化床锅炉掺混污泥燃烧。
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言随着科技的发展，气水两相喷雾技术被广泛应用于许多领域，如发动机、制药和喷洒技术等。
在这一过程中，拉瓦尔效应作为一个关键原理起着重要的作用。
本研究的重点是通过数值模拟技术，对基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾进行深入的研究。
本文将首先介绍拉瓦尔效应的基本原理，然后详细描述数值模拟的过程和结果，最后总结研究成果及其应用前景。
二、拉瓦尔效应的基本原理拉瓦尔效应是指流体在经过特定设计的喷嘴时，通过加速和膨胀的过程，使得流体达到超音速状态的现象。
在气水两相喷雾中，拉瓦尔效应可以有效地提高喷雾的穿透力和覆盖范围，使得喷雾更加均匀和稳定。
三、数值模拟过程1. 模型建立：根据拉瓦尔效应的原理，建立气水两相喷雾的数值模型。
模型包括喷嘴的设计、流体的性质以及喷雾环境的设定等。
2. 网格划分：对模型进行网格划分，以便于进行数值计算。
网格的精度和数量对模拟结果的准确性有着重要的影响。
3. 数值方法：采用适当的数值方法，如有限元法或有限差分法，对模型进行求解。
4. 边界条件：设定适当的边界条件，如流体的入口速度、压力和温度等。
5. 计算过程：根据设定的边界条件和数值方法，进行计算并求解出喷雾的流动状态和分布情况。
四、数值模拟结果通过数值模拟，我们得到了气水两相喷雾在拉瓦尔效应作用下的流动状态和分布情况。
结果表明，拉瓦尔效应可以有效地提高喷雾的穿透力和覆盖范围，使得喷雾更加均匀和稳定。
此外，我们还发现喷嘴的设计、流体的性质以及环境因素等对喷雾的效果有着重要的影响。
五、讨论基于数值模拟结果，我们可以进一步探讨气水两相喷雾在各个领域的应用。
首先，在发动机领域，气水两相喷雾技术可以有效地提高燃油的燃烧效率和降低排放。
其次，在制药领域，气水两相喷雾技术可以用于药物的雾化制备和输送。
此外，在喷洒技术中，如农药喷洒和工业清洗等，该技术也可以发挥重要的作用。
此外，拉瓦尔效应还可能对一些非线性流体力学问题产生重要影响，如冲击波的形成和传播等。
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言随着科技的发展，气水两相喷雾技术广泛应用于农业、工业、能源等多个领域。
拉瓦尔效应作为气水两相喷雾的重要物理现象，其研究对于提高喷雾效率、优化喷雾系统具有重要意义。
本文基于拉瓦尔效应，对气水两相喷雾进行数值模拟研究，以期为相关领域提供理论支持和实践指导。
二、拉瓦尔效应概述拉瓦尔效应是指当气流在喷管中加速时，由于气体和液体之间的相互作用，形成一种特殊的流动状态。
在这种状态下，气体和液体的混合物能够以更高的速度喷出，从而提高喷雾的效率和均匀性。
了解拉瓦尔效应的原理和特点，对于气水两相喷雾的数值模拟具有重要意义。
三、数值模拟方法本研究采用计算流体动力学（CFD）方法进行数值模拟。
CFD是一种通过计算机模拟流体流动、传热、反应等物理现象的技术。
在气水两相喷雾的数值模拟中，我们采用欧拉-拉格朗日方法，将气体和液体分别作为连续介质和离散颗粒进行处理。
同时，结合拉瓦尔效应的原理，建立相应的数学模型和仿真程序。
四、模型建立与参数设置在数值模拟中，我们首先建立气水两相喷雾的物理模型。
根据实际喷雾系统的结构和工作原理，设置相应的边界条件和初始参数。
其中，重点考虑喷嘴结构、气体流速、液体流量等关键因素对喷雾效果的影响。
同时，为更准确地模拟拉瓦尔效应，我们采用合适的湍流模型和相互作用模型，以描述气体和液体之间的相互作用和影响。
五、结果与分析通过数值模拟，我们得到了气水两相喷雾的流场分布、速度场、压力场等关键参数。
结果表明，在拉瓦尔效应的作用下，气体和液体的混合物能够以更高的速度喷出，提高了喷雾的效率和均匀性。
同时，我们还发现喷嘴结构、气体流速、液体流量等参数对喷雾效果具有显著影响。
通过优化这些参数，可以进一步提高喷雾的质量和效率。
六、讨论与展望本研究基于拉瓦尔效应对气水两相喷雾进行了数值模拟研究，取得了一定的成果。
然而，仍存在一些问题和挑战需要进一步研究和解决。
例如，如何更准确地描述气体和液体之间的相互作用和影响，如何优化喷嘴结构和参数以提高喷雾效果等。
《基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾数值模拟研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，气水两相喷雾技术在燃烧、喷涂、冷却等多个领域中发挥着重要作用。
拉瓦尔效应作为气水两相喷雾的重要物理现象，对于优化喷雾性能、提高能源利用效率具有重要意义。
本文通过数值模拟的方法，对基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾进行了深入研究，旨在揭示其内部流动和传热机制，为相关领域的工程应用提供理论依据。
二、气水两相喷雾的基本原理气水两相喷雾是指由气体和液体组成的混合物在特定条件下形成的喷雾。
在喷雾过程中，拉瓦尔效应起着关键作用。
拉瓦尔效应是指当气体在喷管中流动时，通过调整喷管的结构和参数，使气体在喷管扩张段达到超音速状态，从而产生强烈的喷雾效果。
三、数值模拟方法本文采用数值模拟的方法，通过建立气水两相喷雾的数学模型，对基于拉瓦尔效应的喷雾过程进行模拟。
首先，建立了包含流体动力学、传热传质等物理过程的多相流模型。
其次，通过数值求解方法对模型进行求解，得到了喷雾过程中的流场分布、温度场分布以及相变过程等信息。
最后，对模拟结果进行了验证和优化，确保了模拟结果的准确性和可靠性。
四、模拟结果与分析1. 流场分布模拟结果显示，在气水两相喷雾过程中，流场分布受到拉瓦尔效应的影响。
在喷管扩张段，气体流速逐渐增大，达到超音速状态，从而产生强烈的喷雾效果。
同时，液相在气相的带动下，形成了均匀的雾化效果。
2. 温度场分布在气水两相喷雾过程中，温度场分布也受到拉瓦尔效应的影响。
由于气体在喷管扩张段达到超音速状态，使得喷出的气体具有较高的动能，从而提高了喷雾过程中的传热效率。
同时，液相的蒸发也使得温度场分布更加均匀。
3. 相变过程在气水两相喷雾过程中，液相在喷出过程中发生相变，由液态变为气态。
模拟结果显示，相变过程受到拉瓦尔效应的影响，使得液相在喷出过程中更快地完成蒸发过程，从而提高了喷雾效率。
五、结论本文通过数值模拟的方法，对基于拉瓦尔效应的气水两相喷雾进行了深入研究。
高炉鼓风脱湿系统除雾器挡板结构两相流场数值模拟罗雨慧;谢建中;左可;桂其林;郁鸿凌【摘要】对高炉鼓风脱湿系统除雾器的除雾机理进行了详细分析,在此基础上参考实际运行参数,采用计算流体力学(CFD)方法对除雾器挡板结构内的气液两相流动进行了数值模拟,得到了液滴的运动轨迹以及液滴质量浓度、压力、速度和旋涡分布情况,并对除雾器挡板结构内部两相流场进行了深入分析.结果表明:鼓风脱湿系统除雾器能够对携雾气流中的液滴进行有效的分离,从而保证鼓风脱湿系统连续可靠地运行.研究对除雾器的优化设计和运行具有指导意义.【期刊名称】《能源研究与信息》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】5页(P34-38)【关键词】除雾器;鼓风脱湿;两相流;压降;流场【作者】罗雨慧;谢建中;左可;桂其林;郁鸿凌【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;宝钢股份有限公司宝钢分公司能源环保部,上海 200941;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;宝钢股份有限公司宝钢分公司能源环保部,上海 200941;上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093【正文语种】中文【中图分类】TQ051.8钢铁企业高炉鼓风站的电能消耗十分巨大,其中,鼓风脱湿系统中除雾器阻损对鼓风机的电能消耗影响较大[1].高炉鼓风系统设置的除雾器主要用于清除由鼓风冷凝时产生的游离雾滴,提高鼓风质量.本文拟对鼓风脱湿系统中丝网与挡板组合式除雾器的分离机理进行详细分析,在此基础上对除雾器挡板结构内部气液两相流动进行数值模拟,得到流道内液滴的运动轨迹及压力、速度、旋涡分布,为除雾器的进一步优化设计提供指导.在脱湿除雾器中,挡板主要起导流作用,究其原因在于多层丝网结构的除雾效率很高(根据现场测试数据,对于粒径大于1 μm的粒子,分离效率高达99%;对于粒径大于2 μm的粒子,分离效率高达99.6%).携雾气流流过丝网结构后,其中所夹带的液滴几乎全部被捕集除去.液滴在重力作用下沿丝网的丝径向向下运动,同时继续吸附气体中夹带的雾滴,凝聚变大的雾滴滴落在挡板上,沿挡板流入水槽中,进而排出除雾器外,实现除雾.本文所研究的鼓风脱湿系统中除雾器布置在脱湿器内二级冷却器之后,为压板固定的框架式8层×8块钢丝网结构(7块斜挡板).除雾器除雾构件如图1所示.在除雾器中,携雾气流流过钢丝网层实现气液分离,而被丝网捕集分离和与挡板撞击分离的液滴则经挡板导流引入水槽中,进而被排出除雾器外.携雾气流主要是通过除雾器内的多层钢丝网实现气液分离,达到除雾目的.其除雾机理主要是通过直接拦截、惯性撞击以及小液滴的不规则布朗运动扩散等三种方式实现丝网结构对液滴的捕捉.携雾气流在除雾构件内流动,由于流线偏折,在惯性作用下,液滴不能随气流偏转而撞击到挡板上,其中:动量较小的液滴粘附在挡板表面被捕获;动量较大的大液滴撞击挡板表面发生溅射,产生多个小液滴.聚集在挡板表面的水滴受三种力的作用,即拉力、重力和表面张力.当重力占主导地位时,液滴在重力作用下沿挡板表面流入集液槽排出.气流冲刷挡板表面的液膜,将其卷起、带走.撞击在挡板表面的液滴由于自身的动量过大而破裂、飞溅,均可能导致雾沫的二次夹带.携雾气流在除雾器内的流动实际上是一种可压缩的黏性流体的三维、非定常的复杂流动.对这一实际流动情况无法采用数学形式精确描述.本文从既能较好反映实际情况又力求模型构造简单角度出发,在合理误差范围内对流场作简化:(1) 由于气流速度较小,马赫数远小于0.1,故可把气体视为不可压缩气体处理[2];(2) 考虑在实际的稳定工作条件下,流动参数与时间的关系及气流的振荡对流场的影响可忽略,故将流动视为定常流动;(3) 采用冷态条件,过程中不考虑温度的影响,不考虑气液传热和液体蒸发等现象;(4) 由于液滴粒径很小,故可作球形处理,考虑流动中其重力和气相对液滴的曳力;同时假定其在运动中直径不变,不考虑液滴之间的碰撞、聚合等现象,且忽略蒸发、摩擦、撕裂及热效应的影响,不考虑气液两相之间的任何能量交换;(5) 液滴无溅射,不考虑壁面反弹、液膜形成与撕裂,忽略二次带水的影响;(6) 液滴接触挡板,即认为被捕集;液滴到达除雾器出口时,即认为液滴逃逸.本文采用计算流体力学(CFD)应用软件Fluent进行数值计算,应用其前处理软件Gambit生成网格,并参考以往的数值计算结果和经验[3],整个计算区域采用非均匀的网格布置方式.为了提高整体网格质量,网格划分时先对除雾器部分进行网格加密,采用内部面将除雾器所在体与其他体分离.将模型分割为四个计算区域：方管段、除雾器、渐缩段和圆管段.先划分除雾器的相关网格,在挡板结构上生成线网格,采用相似边界软连接,再采用混合结构网格从已有边界网格生成挡板结构体网格,最后生成除雾器的体网格.除雾器简化三维模型如图2所示.其四个计算区域的网格划分均采用混合结构网格,共生成75 965个节点,353 251个混合形式网格.除雾器网格划分如图3所示.在除雾器内流场的数值模拟中,通道内包括互相之间交换质与能的三相——气相、气流夹带的液滴相和挡板表面的液膜相.本文采用两相流模型,只考虑气相和液滴相.对于连续相(气相),由雷诺数可知流动为湍流.本文采用SIMPLE算法进行压力-速度耦合,采用有限体积法对算例进行离散处理.压力采用Standard离散格式,动量、湍流动能、湍流耗散率均采用二阶迎风离散格式,以获得较准确的解.对于离散相(液滴相),由于除雾器中气流内液滴的体积分数小于10%,故可忽略颗粒之间的相互作用、颗粒对气相的影响、颗粒的运动轨迹[3-5].本文选用基于Lagraian-Eulerian法的DPM(discrete phase model)模型,按拉格朗日方法对各个颗粒方程进行积分求解.交替求解离散相与连续相的控制方程,直到两者均收敛从而实现离散相与连续相双向耦合.携雾气流中液滴流动轨迹计算时只需考虑阻力和重力的影响[6].气相作为连续相在欧拉坐标系中描述;液滴相作为离散相在拉格朗日坐标系中描述[7].初始条件及边界条件分别为:(1) 连续相(气相)介质:空气,密度为1.205 kg·m-3,动力黏度(20 ℃)为18.1 μPa·s.进口条件:给定气流速度uy=1.2 m·s-1,ux=0,假设其在进口截面为均匀分布,湍流度为0.05[8].出口条件:自由出流.壁面条件:无滑移,绝热.(2) 离散相(液滴相)：介质:水,呈细小液滴状,密度为1.0×103kg·m-3,平均液滴直径为5 μm,鼓风含湿量为10 g·Nm-3.进口条件:设定液滴速度与气流速度相同[9],喷射类型选为表面,使液滴在进口截面均匀分布.壁面条件:选择捕集类型,即不考虑反弹,液滴触及壁面即认为被捕集,不考虑二次夹带效应.当计算连续性残差、速度残差、湍流动能残差、湍流耗散率残差均降至10-3,且入口与出口气相流量相差小于3%时认为计算收敛[10].4.1 液滴质量浓度分布图4为计算得到的液滴质量浓度c的分布.由图可知:在捕集液滴的除雾构件区域及起导流作用的挡板附近液滴质量浓度明显较高,而在整个除雾构件中第四至第六块斜挡板之间区域的液滴质量浓度稍高,说明此处的除雾效率较高.由图4亦可知,除雾器虽不能完全除去所有液滴,但其液滴分离效果已足以保证系统连续、可靠地运行.4.2 液滴颗粒的运动轨迹采用Fluent软件对除雾器进行模拟,得到的连续相和离散相的运动轨迹如图5所示,其中图5(b)为计算得到的除雾器内液滴的随机运动轨迹.由图5(b)可知,液滴运动轨道主要集中在除雾器除雾构件中的中间五块挡板部分区域,这对于除雾器的工程优化设计有着重要的指导意义.此外,液滴主要在除雾器中被捕集,小部分进入渐缩段与壁面发生碰撞而被分离.被捕集的液滴主要源自携雾气流的主流两侧,由于受到气流速度梯度影响,其在流线偏折时所受离心惯性作用较大,容易发生偏转,撞击在壁面上而被捕集.故除雾器入口处液滴参数的设计对除雾效率的提高具有较大影响.由图5(b)亦可知,鼓风脱湿系统中的丝网与挡板组合式除雾器可有效地实现气液分离.4.3 压力及速度场分析除雾器中压力和速度分布云图如图6所示.由图可知,方管段和圆管段压力、速度分布较为均匀.携雾气流流过除雾器挡板结构的过程中未出现显著的压降,而流过除雾器出口处的渐缩段时发生了明显的压降,降幅达142 Pa左右.其产生的主要原因是流体的流通面积减小,并且截面形状突然改变,流体流线被迫发生改变[11].由于旋流作用较强,在渐缩段方圆突变截面后出现了明显的低压区,在渐缩段后方圆突变截面处及其后一段距离内亦出现了显著的压降.4.4 旋涡分布脱湿除雾器内的湍流动能和湍流耗散率分布如图7所示.在整个脱湿除雾器中,湍流耗散最强烈的区域为渐缩段后一段距离.在除雾器除雾构件中,中间五块挡板部分区域的湍流动能最大,湍流耗散强烈,是除雾器内实现气液分离的关键区域,携雾气流流过除雾器通道时,气流主要流道在该区域.由于惯性力的作用,气流中液滴的跟随性变差,速度迟豫时间延长,所以易于碰到壁面而被捕集[12].在第三、四块挡板下部区域的高压低速区是除雾器挡板结构中湍流动能最大、湍流耗散最强烈的区域.该区域除雾效率较高.气体流过除雾器后在最上及最下处竖直挡板后易形成回流区,此处亦可能产生角涡,加剧了流场的扰动,增大了系统压力损失.上部竖直挡板附近流域局部放大图如图8所示.本文运用两相流模型对鼓风脱湿系统除雾器挡板结构的主要性能进行了数值模拟,得到了液滴质量浓度、压力、速度及旋涡分布情况,展示了其三维内部流场,揭示了实验手段难以获得的数据和现象.计算结果表明:鼓风脱湿系统除雾器能够有效实现携雾气流中液滴的分离.模拟结果对除雾器结构设计、降低除雾器内流动阻力具有一定的参考性意义.【相关文献】[1] 张永红,袁熙志,罗冬梅,等.我国钢铁行业节能降耗现状与发展[J].工业炉,2013,35(3):12-17.[2] 周光炯,严宗毅,许世雄,等.流体力学[M].2版.北京:高等教育出版社,2006.[3] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战[M].北京:人民邮电出版社,2011.[4] 孙秀君,孙海鸥,姜任秋.油气分离器内油滴轨迹的数值模拟[J].应用科技,2006,33(10):69-72.[5] 李文艳,徐妍,申林艳.数值模拟技术在湿法脱硫除雾器优化设计上的应用[J].热力发电,2007,29(5):10-15.[6] 韩占忠,王敬,兰小平.FLUENT——流体工程仿真计算实例与应用[M].2版.北京:北京理工大学出版社,2010.[7] 郭鹏宇,杨震.除雾器通道内二维两相流场的数值模拟[J].电力科学与工程,2005(2):31-33.[8] 王福军.计算流体动力学分析[M].北京:清华大学出版社,2004.[9] 赵毅,华伟,王亚君,等．湿式烟气脱硫塔中折线型挡板除雾器分离效率的数值模拟[J].动力工程学报,2005,25(2):293-297.[10] 陈凯华,宋存义,李强,等.湿法烟气脱硫系统中折板式除雾器性能的数值模拟[J].环境工程学报,2007,1(7):91-96.[11] CRANE工程部编.流体流经阀门、管件和管道的流体计算TP410[M].北京:化学工业出版社,2013.[12] RUDINGER G.气体-颗粒流基础[M].张远君译.北京:国防工业出版社,1986.。
除雾器通道内二维两相流场的数值模拟
郭鹏宇;杨震
【期刊名称】《电力科学与工程》
【年(卷),期】2005(000)002
【摘要】除雾器是WFGD系统内的重要设备之一,其性能对WFGD系统运行的可靠性有重要影响.文章采用雷诺应力湍流模型和拉格朗日多相流模型,对波纹板除雾器单通道内的流场进行了全面的计算流体力学(CFD)模拟.得出了除雾器通道内的速度场、压力场的分布情况、被捕集液滴的临界粒径与烟气流速的关系等.对除雾器的设计和运行具有一定的理论指导意义.
【总页数】3页(P31-33)
【作者】郭鹏宇;杨震
【作者单位】南京苏源电力工程有限公司,江苏,南京,210032;南京苏源电力工程有限公司,江苏,南京,210032
【正文语种】中文
【中图分类】TK22
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1.高炉鼓风脱湿系统除雾器挡板结构两相流场数值模拟 [J], 罗雨慧;谢建中;左可;桂其林;郁鸿凌
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一种涡流除雾器的实验与数值模拟研究朱凯;袁竹林【摘要】为了解决火电厂使用的折流板除雾器对小粒径雾滴脱除效果差的问题,提出一种新型的涡流除雾器,通过在除雾器中产生涡来使流场复杂,从而增加对小粒径雾滴的脱除效果.通过数值模拟方法研究涡流除雾器和折流板除雾器,并且通过实验对数值模拟进行验证.研究结果表明:当流速为3～7 m/s时,涡流除雾器的总除雾效率比折流板除雾器的总除雾效率大10.8％～29.8％;当流速为3～7 m/s时,涡流除雾器对于20μm雾滴的除雾效率便能达到90％以上;涡流除雾器对小粒径雾滴的脱除效果比折流板除雾器好,如当粒径为10μm时,涡流除雾器的效率比折流板除雾器大17.8％～18.2％;涡流除雾器的压降要比折流板除雾器大,当流速为3 m/s时,差值为193 Pa,而后差值随着流速的增大而增大.%Demisting efficiency of baffle plate demister for small droplets was low. To solve this problem, a new kind of demister, i.e. vortex, demister was proposed. The flow field of vortex demister was complicated because of vortexes, which will increase the removal efficiency of small droplets. Vortex demister and baffle plate demister were studied by numerical simulation. And some experiments were done to show the validity of the simulation. The results show that the demisting efficiency of vortex demister is 10.8％-29.8％ higher than that of baffle plate demister when the gas flow rate is between 3 and 7 m/s. The r emoval efficiency of 20 μm droplet of vortex demister is higher than 90％when the gas flow rate is between 3 and 7 m/s. And the removal efficiency of vortex demister is higher than that of baffle plate demister when droplets were small. For example, the removal efficiency of vortex demisteris 17.8％-18.2％ higher than that of baffle plate demister when the diameter of droplets is 10 μm. And the pressure drop of vortex demister is higher than that of baffle demister. When the gas flow rate is 3 m/s, the difference is 193 Pa, and the difference will increase with gas flow velocity increasing.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(049)001【总页数】9页(P22-30)【关键词】计算流体力学;数值模拟;气液两相流;涡流除雾器;除雾效率【作者】朱凯;袁竹林【作者单位】东南大学能源与环境学院,江苏南京,210096;东南大学能源与环境学院,江苏南京,210096【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1近年来，雾霾天气越来越严重，这主要是因为空气中存在大量的细颗粒物(PM2.5)。
