被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟
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波纹板除雾器两相流动的数值模拟与分析
Abstract : The computational fluid dynamics ( CFD) met hod is used to simulate numerically t he two p hase flow of gas and liquid in a demister wit h corrugated baffle. The demisting efficiency and pressure drop under various droplet diameters , gas velocities and plate spacings are provided. The effect s of main design parameters on t he demisting efficiency and pressure drop are analyzed. The simulation also shows t he t racks of droplet s , and t he detailed dist ributions of pressure , velocity , vortex and droplet concent ration , which are inst ructional to t he optimal design of demister. The st udy indicates t hat CFD met hod can be employed as an effective means in demister design.
对于离散相 (液滴相) 运用拉格朗日方法对各个
颗粒方程进行积分求解 ,计算出颗粒的运动轨迹.
直角坐标系下的颗粒受力微分方程为[5 ]
Fluent雾化喷嘴数值仿真研究
F l u e n t雾化喷嘴数值仿真研究This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020Fluent雾化喷嘴数值仿真研究FLUENT 提供五种雾化模型：平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)压力－旋流雾化(pressure-swirl atomizer)转杯雾化模型(flat-fan atomizer)气体辅助雾化(air-blast/air-assisted atomizer)气泡雾化(effervescent/flashing atomizer)所有的模型都是用喷嘴的物理及尺寸参数（例如喷口直径、质量流率）来计算初始颗粒尺寸、速度、位置。
对于实际的喷嘴模拟来说，无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机分布的。
但对FLUENT 的非雾化喷射入口来说，液滴都是在初始时刻以一个固定的轨道喷射出去（到流场中去）。
喷雾模型中使用随机选择模型得到液滴的随机分布。
随机选择轨道表明初始液滴的喷射方向是随机的。
所有的喷嘴模型中都要设第初始喷射角（范围），颗粒通过随机的方法在这个范围内得到一个初始喷射方向。
这种方法提高了由喷射占主导地位流动的计算精度。
在喷嘴附近，液滴在计算网格内的分布趋向于更加均匀，这样，通过气相作用于液滴上的曳力就加强了气相－液滴之间的耦合作用。
平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)模型平口喷嘴是最常见也是最简单的一种雾化器。
但对于其内部与外部的流动机制却很复杂。
液体在喷嘴内部得到加速，然后喷出，形成液滴。
这个看似简单的过程实际却及其复杂。
平口喷嘴可分为三个不同的工作区：单相区、空穴区、以及回流区（flipped。
不同工作区的转变是个突然的过程，并且产生截然不同的喷雾状态。
喷嘴内部区域决定了流体在喷嘴处的速度、初始颗粒尺寸、以及液滴分散角。
液体火箭发动机喷雾液滴内部流动及传热数值模拟
ｏ ｔ ｒｈｏ ｎ ｈｅ ｏ ｔ ｇｏｎ ｌ ｏｕ ａ ｂ ｎｄａ ｙ—ｉｔ ｔｕｃ ｕ ｅ ｃ ｌｇｅ ｒ ｔ ｄ ｂｙ ｌ ｂ ａｃ ｍ ｅ ｈｏ ｒ ｆｔｅｄ ｓｒ ｔ ｒ ｅｌ ｎｅ ａ ｅ ａｇｅ ｒ ｉ ｔ ｄ．Ｔｈ ｓｍｕｌ ｔｏｎ ｒ ｕｌ ｈ ｅ ｉ ａ ｉ ｅｓ ｔ ｓ ｏｗ ｓ ｔ ｔ ｔ ｅ ｓｅ ｄｙ ｈａ ｔａ ｈ
Ａ ｂ ｔ ａｃ ：Ｉ ｔ ｒ ｌｒ ｃ ｒ ｕｌｔｏ ｓ ｆ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｕｉ ｒ ｃ ｔｓ ｒ ｏｐｌｔｂｅ ａ ｅ ｏｆｔ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｔ ｎｇ ｔｓｒ ｓ ，ｗｈｉ ｈ ｓ ｒ ｔ ｎ ｅ ｎａ ｅ ｉｃ ａ ｉ ｎ ｉ ｏｒ ｄ ｉ ｈｅ ｌｑ ｄ ｏ ｋｅ ｐ ａｙ ｄｒ ｅ ｃ ｕｓ ｈ ｕ ｆ ｃ ａ ｅｎ ｔｅ ｓ ｃ ｗ ｏｕ ｄ ｎｆｕ ｎｃ ｔ ｉ ｅｒ ａ ｈｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｒ ｆ ｄｒ ｌ ｔ ｒ ａ ｌ， ａ ｄ ｈ ｈｅ ｐ ａ ｅｖ ｐｏ ａｉ ｄ ｏｍ ｂｕ ｔｏｎ ｐｒ ｅ ｒ ｌ ｉ ｌ ｅ ｅ ｈｅ ｎｔ ｎ ｌ ａ ｔａ ｓ ｅ ｏ ｏｐ ｅ ｇ ｅ ｔｙ ｎ ｔ ｅｎ ｔ ｓ ｒ ｙ ａ ｒ ｔｏｎ ａｎ ｃ ｓｉ ｏｃ ｄｕ ｅ．Ａ
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２ １ 年 第 ２期 ０１ 总第 ３ ２ １ 期
文 章编 号 ： １０ ． １ ２２ １ ） ２０ ３ ．５ ０ ４ ７ ８ （ ０ １ｏ ．０ ８０
Ａ ｂ ｔ ａｃ ：Ｉ ｔ ｒ ｌｒ ｃ ｒ ｕｌｔｏ ｓ ｆ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｕｉ ｒ ｃ ｔｓ ｒ ｏｐｌｔｂｅ ａ ｅ ｏｆｔ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｔ ｎｇ ｔｓｒ ｓ ，ｗｈｉ ｈ ｓ ｒ ｔ ｎ ｅ ｎａ ｅ ｉｃ ａ ｉ ｎ ｉ ｏｒ ｄ ｉ ｈｅ ｌｑ ｄ ｏ ｋｅ ｐ ａｙ ｄｒ ｅ ｃ ｕｓ ｈ ｕ ｆ ｃ ａ ｅｎ ｔｅ ｓ ｃ ｗ ｏｕ ｄ ｎｆｕ ｎｃ ｔ ｉ ｅｒ ａ ｈｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｒ ｆ ｄｒ ｌ ｔ ｒ ａ ｌ， ａ ｄ ｈ ｈｅ ｐ ａ ｅｖ ｐｏ ａｉ ｄ ｏｍ ｂｕ ｔｏｎ ｐｒ ｅ ｒ ｌ ｉ ｌ ｅ ｅ ｈｅ ｎｔ ｎ ｌ ａ ｔａ ｓ ｅ ｏ ｏｐ ｅ ｇ ｅ ｔｙ ｎ ｔ ｅｎ ｔ ｓ ｒ ｙ ａ ｒ ｔｏｎ ａｎ ｃ ｓｉ ｏｃ ｄｕ ｅ．Ａ
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２ １ 年 第 ２期 ０１ 总第 ３ ２ １ 期
文 章编 号 ： １０ ． １ ２２ １ ） ２０ ３ ．５ ０ ４ ７ ８ （ ０ １ｏ ．０ ８０
汽车空调系统除雾性能数值模拟
汽车空调除雾性能数值模拟于剑泽1李飞2乔鑫3孔繁华4（华晨汽车工程研究院，沈阳 110141）摘要：汽车空调除雾性能对汽车的安全性至关重要。
本文通过STAR-CCM+中的稳态计算来预测汽车空调的除雾性能，用瞬态分析模拟雾层消除过程，考察当前风道的除雾效果。
通过与国标要求进行对比，为汽车除雾系统性能的模拟工程提供了参考。
关键词：计算流体力学（CFD）、空调系统、除雾分析、STAR CCM+Numerical Simulation for Automotive HV AC Defogging PerformanceJianze Yu1 Fei Li2 Xin Qiao3 Fanhua Kong4Brilliance Automotive Engineering Research InstituteAbstract：The defogging performance of automotive HVAC is very important for driving and traffic safety. The performance of defogging is evaluated by using steady simulation in STAR-CCM+，implicit unsteady simulation is used to research the contours of fog layer thickness fraction on windshield, to study the effect of defogging with current duct. Which is evaluated by referring to national standards (GB 11556-1994)，this article provides a reference to the simulation on the defog performance of automotiveKeywords:Computational fluid dynamic (CFD),HV AC system, defogging, STAR CCM+0前言汽车在雨雪天气行驶时，空气的湿度较高，空气中的水蒸气遇到冷的玻璃很容易在其表面形成雾水，从而影响严重遮挡驾驶员的视线，对安全行车十分不利。
利用数值模拟方法分析静电-旋流耦合除雾器的分离性能
摘 要 化工、冶金、电镀、纺织、机械制造和建材等行业均存在不同程度水雾、酸雾或油雾等污染。因此， 除雾是一个必不可少的过程。为克服旋流除雾器对 5 μm 粒径以下颗粒去除效率低的问题，提升分离效率，将 离 心 分 离 和 静 电 分 离 有 机 结 合 ， 耦 合 静 电 除 雾 器 与 旋 流 除 雾 器 形 成 直 径 为 100 mm 的 静 电 -旋 流 除 雾 器 。 利 用 Fluent 流体仿真软件对静电-旋流除雾器进行数值模拟，在用压力降实验验证了数值模拟可靠性的基础上，研究 了 入 口 速 度 、 电 压 及 雾 滴 粒 径 对 除 雾 性 能 的 影 响 。 结 果 表 明 ， 静 电 -旋 流 除 雾 器 的 最 佳 入 口 速 度 为 8~12 m·s−1， 最佳工作电压为 60 kV；静电-旋流除雾器的除雾效率显著高于普通旋流除雾器，且对于 3 μm 以下雾滴的分离效 率提升明显。 关键词 旋流分离；静电除雾；数值模拟；压力降
利用数值模拟方法分析静电-旋流耦合除雾器的 分离性能
袁惠新1，2，*，姜水林1，2，付双成1，2，周发戚1，2，朱星茼1，2
1. 常州大学机械工程学院，常州 213000 2. 江苏省绿色过程装备重点实验室，常州 213164
第一作者：袁惠新 (1957—)，男，博士，教授。研究方向：多相流与机械分离净化技术与设备。 E-mail：yuanhuixin2000@ *通信作者
()
∇ j = ∇ jp + ji = 0
(5)
式中：j 为总电流密度，A·m−2； jp为带电尘粒电流密度，A·m−2； ji为离子电流密度，A·m−2。
假设电晕放电稳定，电流连续性方程见式 (6)。联立式 (4) 和式 (6) 求解电场强度分布。而 Fluent
利用数值模拟方法分析静电-旋流耦合除雾器的 分离性能
袁惠新1，2，*，姜水林1，2，付双成1，2，周发戚1，2，朱星茼1，2
1. 常州大学机械工程学院，常州 213000 2. 江苏省绿色过程装备重点实验室，常州 213164
第一作者：袁惠新 (1957—)，男，博士，教授。研究方向：多相流与机械分离净化技术与设备。 E-mail：yuanhuixin2000@ *通信作者
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∇ j = ∇ jp + ji = 0
(5)
式中：j 为总电流密度，A·m−2； jp为带电尘粒电流密度，A·m−2； ji为离子电流密度，A·m−2。
假设电晕放电稳定，电流连续性方程见式 (6)。联立式 (4) 和式 (6) 求解电场强度分布。而 Fluent
折板除雾器数值模拟
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]。
高效离心式气液分离器模拟实验
２ 实验分析
２ １ １透 明样机 ．
图２ １ 为 样机溢流和底流压力降随人 口液体流 结构 ，有 待 于进一 步地 改进 。
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关键 词 ：模拟 实验 ；气 液分 离 ；数值 分析 ；压 力 ；流量
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近年 来 ，离 心式气 液 分离 技术 已成 为 国 内外 争 量 的变 化 曲线 。 由图 ２ 知 ，随 着流 量 的增 加 ，溢 可 相研 究 的热点 。相 比于常 规 的重力 分离 设备 ，离心 流 和底 流压 降都增 大 。 式分 离 器有着 体 积小 ，占地少 ，处 理周 期短 ，分离 效率 高 等特 点 。在东 北石 油 大学开 展 的离 心式 气液 分离 器 样机模 拟 实验 研究 ，对 分离 器 的结 构优 化及 操作 具有 重要 的指导作 用 。
０ １ ．４ ０ １ ．２
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图３ １样机底流气体流量随分流 比的变化
基 于上 述 实验 所 得 结 论 如下 ：① 当流 量 达 到
数值模拟技术在湿法脱硫除雾器优化设计上的应用
收 稿 日期 ： ２ ０ — ９Ｌｉ ｎ ＠ ｒｐ ｉａ Ｃ Ｆ ｗｅ ｙ ｉ．ｓｎ ． Ｏｆ ｌ
当液 滴直 径 ｄ一定 ， 气速 度 低 于 式 （ ） 算值 烟 ３计 时 ， 当烟气 速度一 定 ， 或 液滴 直 径大 于式 （ ） 算值 时 ， ４计 液滴 都不 会被 烟气 带走 ； 之 ， 会被 带走 。被 烟 气带 反 则
除雾 器本身 结构 （ 叶 片 间距 、 置 级 数 ） 如 布 和运 行 条 件
（ 烟气流 速 、 如 液滴 直径 ） 方 面 。本 文 针 对 中 国石 油 两 天然 气股份 有 限公 司某 热 电厂 ５ ０ ＭＷ 机 组湿 法 脱 硫
气流对 液滴 的吹托 力 Ｆ为 ：
Ｆ 一 ＋
对 除雾器 内多相 流流场进 行数 值模 拟计算 ， 分析 了各 参
数 对脱水率 的影 响 ， 出了提高脱 水率 的可 行性方案 。 提
一
／
二
３ ｇ ｐ毫
（） ３
（ ４）
１ 折板 式 除雾 器 气 水 分 离 原 理
吸收塔 内微 细液滴 在 上升 的气 流 中主 要受 到气 流
（ ） １
式 中 ：－ 液 滴 密 度 ，ｋ ／ ； Ｐ为 ｇ ｍ。 ｇ为 当 地 重 力 加 速 度 ，
９ ８ ｓ。 ． １ｍ／ 。
还有 可能导 致整 个 机组 停机 。脱 水率 是考 核 除雾 器 性 能 的关 键指 标 。影 响 脱 水 率 的 因素 很 多 ， 般 可 分 为 一
式 中 ： 为饱 和 烟气 密度 ，ｋ ／ ； 阻 力 系数 ， 喷 ｇ ｍ。 为 对 淋 和 喷雾 ， 般 可取 ０ １ 一 ．。 上述 两力 应 平衡 ， 简后 可得 ： 化
装置 ， ］ 利用数值 模 拟技 术 研究 折板 式 除雾 器 ， 通过 改 变（ 烟气流 速 、 叶片 间距 、 置 级 数 、 滴 直径 等 ） 数 ， 布 液 参
当液 滴直 径 ｄ一定 ， 气速 度 低 于 式 （ ） 算值 烟 ３计 时 ， 当烟气 速度一 定 ， 或 液滴 直 径大 于式 （ ） 算值 时 ， ４计 液滴 都不 会被 烟气 带走 ； 之 ， 会被 带走 。被 烟 气带 反 则
除雾 器本身 结构 （ 叶 片 间距 、 置 级 数 ） 如 布 和运 行 条 件
（ 烟气流 速 、 如 液滴 直径 ） 方 面 。本 文 针 对 中 国石 油 两 天然 气股份 有 限公 司某 热 电厂 ５ ０ ＭＷ 机 组湿 法 脱 硫
气流对 液滴 的吹托 力 Ｆ为 ：
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数 对脱水率 的影 响 ， 出了提高脱 水率 的可 行性方案 。 提
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（ ４）
１ 折板 式 除雾 器 气 水 分 离 原 理
吸收塔 内微 细液滴 在 上升 的气 流 中主 要受 到气 流
（ ） １
式 中 ：－ 液 滴 密 度 ，ｋ ／ ； Ｐ为 ｇ ｍ。 ｇ为 当 地 重 力 加 速 度 ，
９ ８ ｓ。 ． １ｍ／ 。
还有 可能导 致整 个 机组 停机 。脱 水率 是考 核 除雾 器 性 能 的关 键指 标 。影 响 脱 水 率 的 因素 很 多 ， 般 可 分 为 一
式 中 ： 为饱 和 烟气 密度 ，ｋ ／ ； 阻 力 系数 ， 喷 ｇ ｍ。 为 对 淋 和 喷雾 ， 般 可取 ０ １ 一 ．。 上述 两力 应 平衡 ， 简后 可得 ： 化
装置 ， ］ 利用数值 模 拟技 术 研究 折板 式 除雾 器 ， 通过 改 变（ 烟气流 速 、 叶片 间距 、 置 级 数 、 滴 直径 等 ） 数 ， 布 液 参
内混式空气雾化碎裂过程实验及数值模拟研究
内混式空气雾化碎裂过程实验及数值模拟研究空气雾化过程是通过高速气流和液体间的相互作用,使得液体碎裂的更加彻底从而获得比单相喷射雾化更好的雾化效果,近年来在动力机械等众多领域得到了广泛的应用和推广。
由于内混式空气雾化喷嘴有着耗气量小、雾化性能好和不易堵塞等优点,所以在工业生产中有广泛应用。
本文通过实验和数值模拟相结合的方法,对空气雾化过程中一次雾化和二次雾化两个阶段的碎裂形式进行了研究。
整个研究以水和空气为雾化介质,分别在不同供水压力(0.3-0.4MPa)和供气压力(0.2-0.7MPa)下,对内混式空气雾化喷嘴内部流动过程、喷口出流状态、碎裂雾化过程及发展进行了分析研究,结果发现:(1)首先,本文利用实验方法对内混式空气雾化喷嘴的喷雾锥角、流量特性、液滴尺寸和分布等进行了研究。
结果发现供气压力、供液压力和ALR对雾化结果有重要影响,随着供气压力和ALR的增加液滴SMD逐渐减小,随着供液压力的增大液滴SMD逐渐增大。
液滴SMD随轴向距离的增加液滴尺寸先减小后增大,随径向距离的增加液滴SMD逐渐增大。
由液滴尺寸分布结果可以发现,随着供气压力的增加小液滴所占比例逐渐增大,随着供液压力的增加小液滴所占比例逐渐减小。
(2)对内混式空气雾化过程一次雾化阶段的研究,主要集中在液束碎裂形式的判断和初始液滴的形成过程。
根据喷嘴流量特性分析可知,在喷嘴出口处气液相互作用形成环状液膜,并且依此建立了适合于描述环状液膜碎裂的一次雾化计算模型。
由一次雾化计算结果可知,喷射条件对内混式空气雾化一次碎裂有着重要影响。
随着供气压力和ALR的增大,喷嘴出口处环状液膜厚度和初始液滴尺寸都逐渐减小。
随着液压的增大喷嘴出口处环状液膜厚度和初始液滴尺寸都逐渐增大。
(3)对内混式空气雾化过程二次雾化阶段的研究,主要集中在液滴碎裂形式和液滴沿喷雾场下游运动过程中液滴形态和尺寸的变化,并依此分析雾化过程中液滴的碎裂、碰撞和聚合等过程,得到较为准确的喷雾场下游雾化特性。
被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟
被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟作者：颜浩陈强安泽文张龙龙王翠苹来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2019年第03期摘要：针对脱硫塔后烟气中携带着大量水汽问题，本文采用数值模拟的方法，对除雾器内部流场流动及液体分布与团聚情况进行研究。
采用Solidworks软件，建立叶轮除雾器单元管的三维模型，对新型的被动式叶轮除雾器一个单元管的三维模型进行两相流数值模拟。
同时，为了更好地模拟实际流动，选用准确的湍流模型kε模型、群体平衡模型（population banlance model，PBM）和6DOF模型，并选择SAMPLE算法。
模拟结果表明，烟气经过除雾器时，叶片区域存在强烈湍流耗散，液滴被旋转气流抛向壁面，从而实现液滴团聚和气液分离;除雾器内对流体切向速度、液滴颗粒的团聚等作用都优于固定式叶片，且液滴粒径较小时更易团聚，除雾器单元管内除雾效率随流速增加而提高。
该研究为优化除雾器结构提供了理论依据。
关键词：被动旋转; 叶片除雾器; 液滴团聚; 数值模拟; 除雾效率中图分类号： X701; TB126; 文献标识码： A近年来，在电力行业中湿法烟气脱硫系统得到广泛应用，湿法脱硫可以有效的控制SO2等气态污染物排放，但是在脱除SO2的同时，烟气中会夹带大量饱和水汽，除少量从烟囱底部凝结排出，大部分液滴随烟气从烟囱顶部排出。
液滴的排放会造成其溶解携带的PM2.5等粒子污染物增加，同时液滴夹带是造成石膏雨的重要原因，所以脱除烟气中携带的细小液滴非常必要[17]。
目前，国内常用的电厂除雾设备主要有折流板型、离心式型及正在推广使用的湿式电除尘。
根据雾滴的碰撞和粘附等原理，携带液滴的烟气经过密集的折流板时，烟气在弯曲管道内流动产生的离心力使气液分离，液滴黏附在板面上形成很薄的液膜，经重力作用缓慢流到集液槽中，从而实现气液分离[810]，但是这种板式除雾器对小于5 μm，甚至更小的细雾无法有效地去除。
为保证除雾效率，对携带液滴烟气的速度有一定限制，当超过临界气速时，因为二次夹带使脱雾效率降低[1113]。
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液滴的团聚主要包括库伦团聚、热团聚、布朗团聚和湍流团聚。由于本研究中的颗粒为电中性，库伦团聚不加考虑;同时，热团聚对整个过程中团聚影响较小，故忽略，因此只考虑湍流团聚和布朗团聚，自行编译液滴团聚的用户自定义函数（user definefunction，UDF）进行模拟计算。研究的液滴颗粒粒径为微米级别，可视为自由分子区，此时布朗团聚核为
2.2数学模型的选取
已有的对旋流的计算，多是在固定容器内发生简单的旋风分离。本文模拟的是混合气流沿管道进入除雾器，受到叶片的阻力而推动叶片转动，同时叶片带动气流由平行流动变为旋流，使液滴在垂直于轴线的方向上做离心运动，从而产生离心力将液滴甩向壁面，在重力作用下沿壁面缓慢流下来;并且强烈的湍流运动使液滴与液滴、叶片之间发生劇烈的撞击，由于分子间的相互作用力，使液滴团聚在一起，变为较大颗粒，更容易甩到壁面，从而脱除雾滴。为了更好地模拟实际流动，需要选择准确的湍流模型。
1除雾器物理模型的建立
采用Solidworks软件，建立叶轮除雾器单元管的三维模型，尺寸设计参照离心式除雾器的类比设计。叶片为被动式旋转。叶片的扇形与中心线成一定角度，该夹角即为叶片夹角，新型除雾器单元管的物理模型如图1所示。
该模型直径200 mm，长300 mm，内部进水管直径20 mm。在除雾器的每个单元管中，叶片数量m=18，叶片与水平夹角，即仰角为20°。以上几何参数的选择主要考虑如下几点：
2.2.1标准kε模型
目前，湍流模型主要包括标准kε模型、RNG模型、标准kω模型、雷诺应力模型、SpalartAlmaras模型等。为了适应复杂多变的模拟环境，本文选用标准kε模型，模拟液滴颗粒因剧烈旋转而产生的团聚作用。
2.2.2群体平衡模型（PBM）
在考虑粒径分布的两相体系中，气体和液滴的粒径分布会随着两相体系的反应和传递现象的发生而变化。因此，不仅要考虑能量、动量和质量守恒，还需要添加一个可以描述粒子平衡的方程，即群体平衡模型。离散法中的非均一离散法可以应用于多个离散粒子群，调用不同的相速度，将颗粒群的粒径范围离散为有限的粒径间隔。本文采用非均一离散法，模拟计算各相的粒径分布。
4）叶片的径向角度取零，有利于旋流强度的增加及气液分离。
2除雾器单元管内液滴团聚与气液分离的模拟
2.1除雾器单元管内流场的简化与假设
除雾器性能受内部流动规律和液滴分离规律的制约。在除雾器中，由于携带液滴的烟气叶片间的流动较为复杂，为了提高计算效率，可在允许的误差范围内对模型进行简化。
1）本文的模拟以空气代替烟气，进入除雾器的烟气流速较小，一般为3～8 m/s，可把气体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为理想气体。
2）在理想情况下，烟气的流动参数不随时间变化，故流动可视为定常流动。
3）模拟计算以水滴代替浆液滴，除雾器内液滴占烟气体积分数较小，粒径较小（液滴的直径为微米级），但由于要考虑细小液滴因气流携带，通过叶片时发生旋转而团聚成较大液滴，使液滴的直径发生变化，因此液滴间的相互作用不可忽略。
4）在分析过程中，考虑气体流动对颗粒的粘性作用，忽略其反作用。
被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟
作者：颜浩陈强安泽文张龙龙王翠苹
来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2019年第03期
摘要：针对脱硫塔后烟气中携带着大量水汽问题，本文采用数值模拟的方法，对除雾器内部流场流动及液体分布与团聚情况进行研究。采用Solidworks软件，建立叶轮除雾器单元管的三维模型，对新型的被动式叶轮除雾器一个单元管的三维模型进行两相流数值模拟。同时，为了更好地模拟实际流动，选用准确的湍流模型kε模型、群体平衡模型（population banlance model，PBM）和6DOF模型，并选择SAMPLE算法。模拟结果表明，烟气经过除雾器时，叶片区域存在强烈湍流耗散，液滴被旋转气流抛向壁面，从而实现液滴团聚和气液分离;除雾器内对流体切向速度、液滴颗粒的团聚等作用都优于固定式叶片，且液滴粒径较小时更易团聚，除雾器单元管内除雾效率随流速增加而提高。该研究为优化除雾器结构提供了理论依据。
1）叶片形状为平板扇形，叶片的扭曲角为0°，这是考虑在实际过程中，制造、加工及建模的方便[18]。
2）叶片仰角的经验值为20°～30°，由于该除雾器为被动旋转，所以取仰角为最小值20°，以提高叶轮转速。
3）叶片数量，在旋流板除雾器设计中，根据气液负荷与开孔面积，通常取24片或18片，考虑携带液滴量不太大，所以取18片，以减小气液穿过时的流动阻力。
关键词：被动旋转;叶片除雾器;液滴团聚;数值模拟;除雾效率
中图分类号：X701; TB126;文献标识码：A
近年来，在电力行业中湿法烟气脱硫系统得到广泛应用，湿法脱硫可以有效的控制SO2等气态污染物排放，但是在脱除SO2的同时，烟气中会夹带大量饱和水汽，除少量从烟囱底部凝结排出，大部分液滴随烟气从烟囱顶部排出。液滴的排放会造成其溶解携带的PM2.5等粒子污染物增加，同时液滴夹带是造成石膏雨的重要原因，所以脱除烟气中携带的细小液滴非常必要[17]。目前，国内常用的电厂除雾设备主要有折流板型、离心式型及正在推广使用的湿式电除尘。根据雾滴的碰撞和粘附等原理，携带液滴的烟气经过密集的折流板时，烟气在弯曲管道内流动产生的离心力使气液分离，液滴黏附在板面上形成很薄的液膜，经重力作用缓慢流到集液槽中，从而实现气液分离[810]，但是这种板式除雾器对小于5 μm，甚至更小的细雾无法有效地去除。为保证除雾效率，对携带液滴烟气的速度有一定限制，当超过临界气速时，因为二次夹带使脱雾效率降低[1113]。离心式除雾器在洗涤器内部设置叶片使气流旋转，一种是叶片固定，气流从叶片缝隙穿过，形成旋流;另一种是叶片不固定，通过电机驱动使叶片旋转。由于电驱动式阻力小，可提供比较大的圆周速度，其除雾效率比固定式高。但由于其提升除雾效率主要是提高能耗获得，且这两种除雾器不能根据风速同步调节叶轮转速，所以当风速波动较大时，除雾效果会明显降低[1417]。基于此，本文提出一种新型自旋转叶轮除雾器，叶轮由气流的流动带动旋转，从而增强除雾效果，且不需要其他额外动力。通过Solidworks建立新型除雾器的单元管三维模型，选取适当的数学模型及恰当的运行参数，对除雾器单元管内气液两相流动、液颗粒的碰撞、粘附以及液滴的团聚等进行数值模拟，并对其气液分离性能进行初步预测。该研究为优化除雾器结构提供了理论依据。
2.2数学模型的选取
已有的对旋流的计算，多是在固定容器内发生简单的旋风分离。本文模拟的是混合气流沿管道进入除雾器，受到叶片的阻力而推动叶片转动，同时叶片带动气流由平行流动变为旋流，使液滴在垂直于轴线的方向上做离心运动，从而产生离心力将液滴甩向壁面，在重力作用下沿壁面缓慢流下来;并且强烈的湍流运动使液滴与液滴、叶片之间发生劇烈的撞击，由于分子间的相互作用力，使液滴团聚在一起，变为较大颗粒，更容易甩到壁面，从而脱除雾滴。为了更好地模拟实际流动，需要选择准确的湍流模型。
1除雾器物理模型的建立
采用Solidworks软件，建立叶轮除雾器单元管的三维模型，尺寸设计参照离心式除雾器的类比设计。叶片为被动式旋转。叶片的扇形与中心线成一定角度，该夹角即为叶片夹角，新型除雾器单元管的物理模型如图1所示。
该模型直径200 mm，长300 mm，内部进水管直径20 mm。在除雾器的每个单元管中，叶片数量m=18，叶片与水平夹角，即仰角为20°。以上几何参数的选择主要考虑如下几点：
2.2.1标准kε模型
目前，湍流模型主要包括标准kε模型、RNG模型、标准kω模型、雷诺应力模型、SpalartAlmaras模型等。为了适应复杂多变的模拟环境，本文选用标准kε模型，模拟液滴颗粒因剧烈旋转而产生的团聚作用。
2.2.2群体平衡模型（PBM）
在考虑粒径分布的两相体系中，气体和液滴的粒径分布会随着两相体系的反应和传递现象的发生而变化。因此，不仅要考虑能量、动量和质量守恒，还需要添加一个可以描述粒子平衡的方程，即群体平衡模型。离散法中的非均一离散法可以应用于多个离散粒子群，调用不同的相速度，将颗粒群的粒径范围离散为有限的粒径间隔。本文采用非均一离散法，模拟计算各相的粒径分布。
4）叶片的径向角度取零，有利于旋流强度的增加及气液分离。
2除雾器单元管内液滴团聚与气液分离的模拟
2.1除雾器单元管内流场的简化与假设
除雾器性能受内部流动规律和液滴分离规律的制约。在除雾器中，由于携带液滴的烟气叶片间的流动较为复杂，为了提高计算效率，可在允许的误差范围内对模型进行简化。
1）本文的模拟以空气代替烟气，进入除雾器的烟气流速较小，一般为3～8 m/s，可把气体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为理想气体。
2）在理想情况下，烟气的流动参数不随时间变化，故流动可视为定常流动。
3）模拟计算以水滴代替浆液滴，除雾器内液滴占烟气体积分数较小，粒径较小（液滴的直径为微米级），但由于要考虑细小液滴因气流携带，通过叶片时发生旋转而团聚成较大液滴，使液滴的直径发生变化，因此液滴间的相互作用不可忽略。
4）在分析过程中，考虑气体流动对颗粒的粘性作用，忽略其反作用。
被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟
作者：颜浩陈强安泽文张龙龙王翠苹
来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2019年第03期
摘要：针对脱硫塔后烟气中携带着大量水汽问题，本文采用数值模拟的方法，对除雾器内部流场流动及液体分布与团聚情况进行研究。采用Solidworks软件，建立叶轮除雾器单元管的三维模型，对新型的被动式叶轮除雾器一个单元管的三维模型进行两相流数值模拟。同时，为了更好地模拟实际流动，选用准确的湍流模型kε模型、群体平衡模型（population banlance model，PBM）和6DOF模型，并选择SAMPLE算法。模拟结果表明，烟气经过除雾器时，叶片区域存在强烈湍流耗散，液滴被旋转气流抛向壁面，从而实现液滴团聚和气液分离;除雾器内对流体切向速度、液滴颗粒的团聚等作用都优于固定式叶片，且液滴粒径较小时更易团聚，除雾器单元管内除雾效率随流速增加而提高。该研究为优化除雾器结构提供了理论依据。
1）叶片形状为平板扇形，叶片的扭曲角为0°，这是考虑在实际过程中，制造、加工及建模的方便[18]。
2）叶片仰角的经验值为20°～30°，由于该除雾器为被动旋转，所以取仰角为最小值20°，以提高叶轮转速。
3）叶片数量，在旋流板除雾器设计中，根据气液负荷与开孔面积，通常取24片或18片，考虑携带液滴量不太大，所以取18片，以减小气液穿过时的流动阻力。
关键词：被动旋转;叶片除雾器;液滴团聚;数值模拟;除雾效率
中图分类号：X701; TB126;文献标识码：A
近年来，在电力行业中湿法烟气脱硫系统得到广泛应用，湿法脱硫可以有效的控制SO2等气态污染物排放，但是在脱除SO2的同时，烟气中会夹带大量饱和水汽，除少量从烟囱底部凝结排出，大部分液滴随烟气从烟囱顶部排出。液滴的排放会造成其溶解携带的PM2.5等粒子污染物增加，同时液滴夹带是造成石膏雨的重要原因，所以脱除烟气中携带的细小液滴非常必要[17]。目前，国内常用的电厂除雾设备主要有折流板型、离心式型及正在推广使用的湿式电除尘。根据雾滴的碰撞和粘附等原理，携带液滴的烟气经过密集的折流板时，烟气在弯曲管道内流动产生的离心力使气液分离，液滴黏附在板面上形成很薄的液膜，经重力作用缓慢流到集液槽中，从而实现气液分离[810]，但是这种板式除雾器对小于5 μm，甚至更小的细雾无法有效地去除。为保证除雾效率，对携带液滴烟气的速度有一定限制，当超过临界气速时，因为二次夹带使脱雾效率降低[1113]。离心式除雾器在洗涤器内部设置叶片使气流旋转，一种是叶片固定，气流从叶片缝隙穿过，形成旋流;另一种是叶片不固定，通过电机驱动使叶片旋转。由于电驱动式阻力小，可提供比较大的圆周速度，其除雾效率比固定式高。但由于其提升除雾效率主要是提高能耗获得，且这两种除雾器不能根据风速同步调节叶轮转速，所以当风速波动较大时，除雾效果会明显降低[1417]。基于此，本文提出一种新型自旋转叶轮除雾器，叶轮由气流的流动带动旋转，从而增强除雾效果，且不需要其他额外动力。通过Solidworks建立新型除雾器的单元管三维模型，选取适当的数学模型及恰当的运行参数，对除雾器单元管内气液两相流动、液颗粒的碰撞、粘附以及液滴的团聚等进行数值模拟，并对其气液分离性能进行初步预测。该研究为优化除雾器结构提供了理论依据。