RSM与LES模拟旋风分离器流场动态特性的对比分析.docx

RSM与LES模拟旋风分别器流场动态特性的比照分析

孙立强;胡月;王迪;宋健斐;魏耀东

【摘要】为评价雷诺应力模型(RSM)与大涡模拟(LES)两种方法计算旋风分别器动态流场的精度,利用FLUENT14对旋风分别器内气相动态流场特性进展数值模拟及分析,考察了两种方法计算得到的瞬时切向速度分布、切向速度脉动强度及切向速度频谱特性.计算结果与热线风速仪(HWA,Hot-wireanemometer)测量的切向速度数据进展无量纲比照说明,在时均切向速度上,LES的模拟结果比RSM的准确性高;在瞬时切向速度上,LES推测的瞬时切向速度可以反映旋流摇摆造成的切向速度的波动特性,呈现出接近试验测量值的高频速度脉动变化;而RSM难以推测瞬时切向速度的波动变化,仅给出低频小幅值的波动.因此承受LES推测旋风分别器流场能够捕获动态信息,提醒流场的动态特性.

【期刊名称】《化学反响工程与工艺》

【年(卷),期】2023(034)004

【总页数】8页(P289-296)

【关键词】旋风分别器;流场计算;雷诺应力模型;大涡模拟;动态特性

【作者】孙立强;胡月;王迪;宋健斐;魏耀东

【作者单位】大学(北京)重质油国家重点试验室,北京102249;过程流体过滤与分别技术北京重点试验室,北京102249;大学(北京)重质油国家重点试验室,北京102249;过程流体过滤与分别技术北京重点试验室,北京102249;大学(北京)重质油国家重点试验室,北京102249;过程流体过滤与分别技术北京重点试验室,北京102249;大学(北京)重质油国家重点试验室,北京102249;

过程流体过滤与分别技术北京重点试验室,北京102249;大学(北京)重质油

国家重点试验室,北京102249;大学(北京)克拉玛依校区工学院,疆克拉玛依834000

【正文语种】中文

【中图分类】TQ051.8

旋风分别器作为一种重要的气固分别设备，在石油化工、燃煤发电、建材矿业和环境保护等很多行业得到了广泛的应用[1]。虽然其构造简洁，但内部流场却格外简单。为深入争论旋风分别器内流场状态，对其进展有效构造优化，进而解决生产中的实际问题，国内外众多学者通过试验测量或数值模拟的方法对旋风分别器内流场特性进展了大量的争论[1,2]。其中数值模拟因较试验测量可获得的信息量更大，本钱更低、普适性更强，而得到了广泛应用。但在流场模拟过程中涉及到湍流模型和计算方法的选择问题，不同的湍流模型和方法计算的流场精度存在较大的差异。为了检验这些模型的精度，通常选择时均切向速度作为基准进展计算值与测量值的比照[3,4]。比照分析说明在能够反映旋风分别器旋流流场湍流雷诺应力各向异性

上，通常选择雷诺应力模型〔RSM，Reynoldsstressmodel〕与大涡模拟〔LES，Largeeddysimulation〕推测旋风分别器流场[5,6]。但尚缺少用流场动态特性为

基准进展比较的方法。实际上旋风分别器流场具有很强的动态特性，这些动态特性的表现形式是切向速度的波动变化，其缘由是旋转流的旋转中心偏离了旋风分别器的几何中心摇摆造成的[7]。因此，完全可以用这种动态的瞬时切向速度作为评估量算精度的准则，确定选择适宜的湍流模型和计算方法。另一方面流场的动态特性对旋风分别器的气固分别过程有重要影响，尤其是细小颗粒的集中[8]，为此也需要进展流场的动态特性的争论。吴小林等[9]利用RSM分析旋风分别器内非稳态

流场，认为旋风分别器全空间内都存在旋进涡核现象，并得到旋进涡核影响范围以

及速度波动规律。Derksen等[10,11]利用LES对Stairmand高效旋风分别器进展数值模拟，得到三个方向均方根速度分布规律，认为中心区域速度波动水平比较大，并且与Hoekstra等[6]试验测量的时均速度数据吻合较好。龙薪羽等[12]承受LES对直切式旋风分别器内旋流的摇摆进展了数值分析，并用试验得到的平均流场验证了模拟的准确性，分析认为整个分别空间都存在旋进涡核，切向、轴向和径向的速度重量波动具有一样主频。但这些计算结果缺乏针对监测点实时动态数据的直接对比，无法直观呈现两种模型动态流场结果差异。因此，本工作利用FLUENT14对

流场不同位置的瞬时切向速度进展计算和监测，并与热线风速仪〔HWA，Hot-

wireanemometer〕测量结果进展比照分析，直观探讨RSM和LES的推测精度。1模型方程

RSM模型方程

对于不行压缩流淌，时均化后的Navier-Stokes方程为：

其中：xi和xj为坐标重量；ui和uj为时均速度重量；p为时均压力，Pa；μ为流体动力黏度，N·s/m2；ρ为流