基于CFD技术的迷宫式油气分离器优化设计(2)

CFD技术 迷宫式 油气分离器 优化设计

第3期刘宇恒等:基于CFD技术的迷宫式油气分离器优化设计　　

μ18CDRep

2ρpDp24

51

1　模型的建立

1.1　分离器内的数值模型

其中,FD

为颗粒曳力系数,u为气体相速度,

本文中所研究的迷宫式分离器内的气液两相流动属于液体稀相流动,故将气相看成连续相,液体相看成分散相。

由于入口气流速度较低,故把入口气体视为不可压缩的气体来处理,并且视流动为充分发展的定常流动,综合考虑,气体连续相的控制方程采用RANS方

程,湍流模型采用标准κ-ε模型,得到下式:

p+p+p=

5x5y5z

ΓΓΓ(1)+S式(1)为方程的通用形式,其中:φ为通用变量,Г为扩散系数,S为源项,方程总结见表1,表中各变量的含义见参考文献[8]。

表1　与式(1)对应的标准κ-ε方程连续

φ

up为颗粒速度,μ为流体动力粘度,ρ流体密度,ρp为

颗粒密度,Dp为颗粒直径,Rep为颗粒雷诺数,P为其它惯性力。

1.2　分离器的几何与网格模型

采用四面体非结构化网格,为了保证流场分析的

精度与效率,本文在流场流动复杂的区域(V型槽分离片处)采用了加密网格的方法。最后得到的计算网格总数约为35万个。

2　流场的数值计算

应用计算流体动力学软件FLUENT对分离器内的两相流场进行求解,10%,(,因此利用,首先计算气体.1　计算工况

Г

在本文中,取入口处的“旁通气体”的体积流量为80L/min。在p=101.325kPa、T=353K的条件下,气

x-动量u

μeff

μμ-++eff

xyeffμ+Su

effμμ-++eff

5yyeff5μ+Sv

effμμ-+eff

5zeff5μ+Sw

eff5εGk+ρ

ε

(CG-C2ε)εpκ1εk

体密度ρ=0.96kg/m,气体的运动粘度ν=2.27×10m/s;油的密度为ρ=830kg/m。经过计算,得到

-5

2

3

3

入口处的速度V=4.319m/s,入口处的雷诺数Re=2944。

2.2　气相流场的算法设置

y-动量v

μeff

计算时采用分离式求解器(Segregatedsolver)。压力-速度耦合算法应用SIMPLE算法,考虑解的收敛,对所计算的各物理量采用欠松弛因子方法。对压力采

用标准(Standard)方法离散,对动量方程和能量方程采用二阶迎风差分格式(SecondOrderUpwind)进行离散。

2.3　边界条件

1)入口条件。速度入口条件(velocity-inlet)为u=4.319m/s,其中u在入口截面假设为均匀分布,方

z-动量w

μeff

湍动能耗散率

κε

μσεμeffσε

本文假定液滴颗粒为球体,对于给定直径的液滴,假定其在运动中保持直径不变,不考虑蒸发、摩擦、聚合、撕裂及热效应的影响

[4]

向为入口截面法线方向。

2)出口条件。压力出口条件(pressure-outlet)为

p=-1000Pa。

。一般采用颗粒轨道模型

3)壁面条件。固定壁面,速度为0,且在壁面上采

模拟颗粒的运动,已知气体连续相的流场,运用拉格朗日方法就可以得到离散相的颗粒运动轨迹。

颗粒运动方程

[5]

用无滑移条件。2.4　计算结果

如下:

(2)

气流沿入口法线方向以均匀速度进入分离器,在通过V型槽分离片时,由于受到V型壁面阻碍速度迅速降低,形成颗粒分离区;部分气流沿着分离片之间的

du=FD(u-up)+Pdt

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