内嵌小锥结构固液分离旋流器磨蚀的数值模拟

13流体机械2017年第45卷第12期文章编号：1005-0329（2017）012-0013-04内嵌小锥结构固液分离旋流器磨蚀的数值模拟卢梦媚1，蒋明虎1，赵立新1，王皓2（1.东北石油大学，黑龙江大庆163318；2.大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711）摘要：为提高旋流器耐磨性能，延长旋流器使用寿命，提出了一种新型旋流分离器。基于CFD，应用ANSYS软件中RSM模型和DPM模型，对其壁面磨损及内嵌小锥磨损进行模拟研究，并和普通旋流器做了对比分析。模拟结果表明：对于内嵌小锥结构固液分离旋流器，由于内嵌小锥的设计，不仅磨损程度大幅度降低，磨损范围也明显减小，体现出内嵌小锥结构固液分离旋流器具有重要的工程实用价值。关键词：旋流器；内嵌小锥；磨蚀；雷诺应力模型中图分类号：TH138.8；TQ051.8文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1005-0329.2017.12.003NumericalSimulationoftheErosioninEmbedConeStructureofSolid-liquidSeparationHydrocycloneLUMeng-mei1，JIANGMing-hu1，ZHAOLi-xin1，WANGhao2（1.NortheastPetroleumUniversity，Daqing163318，China；2.DaqingPetrochemicalCompanyOilRefinery，Daqing163711，China）Abstract：Inordertoimprovethewearresistanceandprolongtheservicelifeofthehydrocyclone，anewtypeofcycloneseparatorisproposed.BasedonCFD，theerosionofthecycloneandembedconeissimulatedusingtheRSMandDPMinANSYSsoftware，andarecomparedwiththeordinarycyclone.Therateoferosiononthesurfaceofthecyclonewallisreducedgreatlyandthewearrangeissignificantlyreduced，duetoexistenceofembedcone，thisresultreflectstheembedsolid-liquidabrasiveresistantcyclonewhichhasimportantpracticalengineeringvalue.Keywords：cyclone；embedcone；erosion；reynoldsmodel1前言旋流器是一种高效分离混合介质的设备，由于其结构简单无相对运动部件、处理量大、操作便捷等优点［1，2］，被石油化工、煤炭发电、工业除尘及环境保护等行业广泛应用［3~5］。自旋流器使用以来，磨损就受到人们的极大关注，旋流器壁面磨损不但会缩短其整体使用寿命，而且由于关键部位尺寸的改变而降低了旋流器的分离效率，使操作性能恶化［6~8］。为了延长旋流器的使用寿命，人们针对旋流器磨损问题进行了大量研究。李坤［9］等从磨损机理出发，较全面地分析了分散相颗粒在旋流器流场中受力情况和影响旋流器磨损的因素。魏耀东以蜗壳式旋流分离器为试验模型，对磨损量、磨损位置与流动参数之间关系进行研究［10］。许治江根据实际情况，运用理论方法对水力旋流器磨损规律与磨损机理进行了分析［11］，上述研究加深了对旋流器壁面磨损机理的认识，然而，对通过自身结构的改进提高旋流器耐磨性能的研究甚少。本文通过改变旋流器自身结构，在其磨损严重部位增设可替换的内嵌小锥，改善旋流器耐磨性能提高，延长整体使用寿命，同时将内嵌小锥设计成可替换的形式也降低了设备成本。收稿日期：2016-11-02修稿日期：2017-10-24基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）课题（2012AA061303）；东北石油大学研究生创新科研项目（xm172925）设计计算14FLUIDMACHINERYVol.45，No.12，20172结构混合介质通过切向入口进入旋流器，首先在旋流腔内旋转，运动路线呈螺旋形，重质相边向下旋转边向边壁运移。当重质相到达边壁时，开始对旋流器壁面造成磨蚀，旋流器在圆锥段下半部分磨蚀较为严重。如图1所示，为减缓旋流器壁面磨蚀，考虑在旋流器图1（a）的基础上增设内嵌小锥。如图1（b）所示，使重质相在锥间环空（将旋流器壁面和内嵌小锥的空间定义为锥间环空）竖直下落，减缓了旋流器壁面磨蚀。同时将内嵌小锥设计成可替换形式，当旋流器运行一段时间后，可检查内嵌小锥磨蚀情况，若内