利用CFX软件模拟计算旋风分离器内流场

静设备石油化工设备技术，２０１０，３１（５）?１?

Ｐｅｔｒｏ—ＣｈｅｍｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ利用ＣＦＸ软件模拟计算旋风分离器内流场

李进锋，吴德飞，何细藕

（中国石化工程建设公司，北京１００１０１）

摘要：采用ＣＦＸ软件时某旋风分离器内的三维气田两相流场进行数值模拟。气相采用四种湍流模型，颗粒相采用拉格朗日坐标下的随机轨道模型。计算结果与实验值进行对比，并考察不同操作因素对旋风分离器分离性能的影响。对比计算结果说明：ＳＳＧ模型的计算结果较为合理，且旋风分离器的分离性能对操作奈件的变化响应及时；基于ＣＦＸ软件的模拟计算能够较为准确的预测旋风分离器内的流动情况，为开发和设计适宜的旋风分离器提供了一定的技术参考。

关键词：旋风分离器；ＣＦＸ软件；气固两相流；数值模拟

旋风分离器因结构简单、能耗低、便于操作和维修方便等特点在工业领域尤其是石油化工行业得到广泛的应用。长期以来，采用旋风分离器针对不同工况和工艺特点实现高效气固分离始终是研究和设计人员感兴趣的问题之一。

旋风分离器内存在流体旋转及回流等现象，流场具有各向异性的特点，流动较为复杂。数值模拟结果准确与否。很大程度上取决于所采用的湍流模型是否恰当［１］。目前对湍流流动的数值模拟研究主要有三种方法：直接数值模拟（ＤｉｒｅｃｔＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，简称ＤＮＳ）、大涡数值模拟（ＬａｒｇｅＥｄｄｙＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，简称ＬＥＳ）和雷诺平均模拟（ＲｅｙｎｏｌｄｓＡｖｅｒａｇｅＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａ—ｔｉｏｎ，简称ＲＡＮＳ）［２］。本文在气相场计算中，使用了雷诺平均模拟方法中的矿￡、ＲＮＧ舻￡、ＳＳＴ和ＳＳＧ四种湍流模型。

研究旋风分离器内颗粒相流场不可避免引入多相流，ＣＦＸ软件处理多相流有两种不同的方法［３］：一种是只把流体作为连续介质而把颗粒群作为离散体系，探讨颗粒动力学，也即颗粒轨道模型；另一类是除流体作为连续介质外把颗粒群当作拟连续介质或拟流体，设其在空间中有连续的速度和温度分布及等价的输运性质（粘性，扩散，导热等），即欧拉双流体模型。本文在气固两相场的计算中采用第一种方法。

１几何模型与边界条件

１．１几何模型与网格划分

本文完全按照旋风分离器的实际尺寸建立几何模型，为了提高计算的精度，完全采用结构化网格来划分整个计算域（如图１所示）。在保证计算精度的前提下，为了节省计算成本，本文对计算网格进行特殊处理，在流场变化较大的近壁及出入口附近加密网格，网格数共计１５，４５１２个。

（ａ）尺寸（单位：ｒａｍ）（ｂ）网格划分

图１旋风分离器计算模型

１．２边界条件

（１）人口边界：人口的流动状况显著影响着下游的流体分布。计算中在旋风分离器的入口处设定的边界条件为：常温常压下的空气，气速为１０ｍ／ｓ，密度ｌＤ＝１．２ｋｇ／ｍ３，粘度卢＝１．８×１０＿５

收稻日期：２０１０—０７—２８。

作者简介：李进锋（１９７９－－），男，河南洛阳人．２００６年毕业于中国石油大学（北京）化工过程机械专业。获工学硕士学位，现在中国石化工程建设公司工业炉室从事乙烯裂解炉的设计与开发工作，已发表论文１篇。

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