物性參數(shù)對(duì)除霧器分離特性影響數(shù)值研究

杜明生王慶功王建軍許偉偉

（1.大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東），山東 青島 266580）

新型除霧器環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文選擇旋流板除霧器作為研究對(duì)象，采用CFD數(shù)值計(jì)算方法研究。采用RNG k-ε湍流模型以及歐拉壁面液膜模型（EWF）對(duì)旋流板除霧器進(jìn)行數(shù)值模擬。研究結(jié)構(gòu)參數(shù)（導(dǎo)葉角度、除霧器筒徑）和物性參數(shù)（液滴粒徑、密度）與除霧效率和壓降之間的數(shù)值關(guān)系，分析不同參數(shù)下除霧器內(nèi)部流場(chǎng)和壁面液膜分布情況，為除霧器的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供思路和參考數(shù)據(jù)。

1 數(shù)值計(jì)算模型及邊界條件

如圖1所示，除霧器內(nèi)構(gòu)件為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，除霧器筒體直徑500mm，導(dǎo)葉內(nèi)圓柱直徑均為160mm，外圓柱直徑均為470mm，葉片數(shù)均為24片。導(dǎo)葉與除霧器筒壁之間留有縫隙，提供筒壁液膜流通通道。根據(jù)實(shí)際工況，采用速度入口邊界，出口邊界條件為Outflow。入口氣體流速為3.6m/s，液氣比為0.0001。

圖1 除霧器直板導(dǎo)葉整體結(jié)構(gòu)

2 物性參數(shù)對(duì)分離性能的影響

在保持單一變量的條件下，分析液滴粒徑、液滴密度對(duì)分離性能的影響。第一組的參數(shù)為：導(dǎo)葉級(jí)數(shù)一級(jí)，導(dǎo)葉角度40°，筒徑500mm，液滴密度998kg/m3，液滴粒分別為20μm、40μm、60μm、80μm、100μm；第二組的參數(shù)為：導(dǎo)葉級(jí)數(shù)一級(jí)，導(dǎo)葉角度50°，筒徑500mm，液滴粒徑10μm，液滴密度998kg/m3、2000kg/m3、3000kg/m3。

2.1 液滴粒徑

圖2 除霧效率隨液滴粒徑變化曲線

由圖2可知，液滴粒徑越大，除霧效率越高，壓降基本不變。這是因?yàn)榱皆诹鲌?chǎng)中受到曳力、重力、浮力、Saffman力等作用，而液滴粒徑越大，受到的重力和離心慣性力越大，液滴越易被 “甩”到邊壁，在筒壁形成液膜，實(shí)現(xiàn)分離，所以除霧效率越高。當(dāng)液滴粒徑為80μm以上時(shí)，除霧效率達(dá)到90%以上，粒徑為100μm時(shí)，除霧效率更是達(dá)到97.8%。

圖3 不同粒徑下除霧器壁面液膜分布圖（單位：m）

由圖3可知，進(jìn)口液量一定，隨粒徑的增大，導(dǎo)葉下游除霧器壁面上的液膜厚度越來越大，說明被分離下來的液量越來越大，即除霧效率越來越大。

由圖4可知，隨著液滴粒徑的增大，導(dǎo)葉靠近進(jìn)氣口的一側(cè)液膜厚度不斷增大，同時(shí)，導(dǎo)葉迎風(fēng)側(cè)液膜厚度大，背風(fēng)側(cè)液膜厚度小，這說明隨著液滴粒徑的增大，導(dǎo)葉本身的除霧能力不斷增強(qiáng)，且導(dǎo)葉迎風(fēng)側(cè)是導(dǎo)葉本身發(fā)揮除霧作用的主要區(qū)域。

圖4 不同粒徑下導(dǎo)葉壁面液膜分布圖（單位：m）

2.2 液滴密度

圖 5 不同液滴密度對(duì)除霧性能的影響

由圖5可知，隨密度的增大，除霧效率不斷增大，且兩相壓降也不斷增大。除霧效率增大的原因是，隨密度的增大，相同粒徑的液滴所受離心力不斷增大，液滴更容易被“甩”到壁面上而被分離下來，因此除霧效率不斷增大。

3 結(jié)論

隨液滴粒徑的增大，兩相壓降基本不變，除霧效率不斷增大；隨液滴密度的增大，兩相壓降和除霧效率均不斷增大。

從以上得出的結(jié)論可看出，在滿足壓降的前提下，為提高除霧效率，可適當(dāng)增大導(dǎo)葉角度，或適當(dāng)減小筒徑。在保持除霧器結(jié)構(gòu)不變的情況下，為提高除霧效率，可通過一定方法使液滴尺寸或密度增大。