旋风分离器上部空间各种二次涡的数值模拟

　　1前言

　　旋风分离器的流场是一个复杂的湍流流场，尤其是上部环形空间，既有切向的主旋涡，还存在二次涡流和局部二次涡。这三种涡不仅在强度上有区别，而且在尺度上也有很大的不同。研究表明环形空间的流动结构对旋风分离器的分离性能有较大的影响，分析其内部的细微结构，对认识旋风分离器环形空间的流场特征，改进分离性能有现实意义和工程实用价值。但以往旋风分离器流场的数值模拟主要集中在分离空间，对环形空间流场的模拟尚显缺乏。本文采用改进的雷诺应力模型对环形空间的流场进行了系统模拟，模拟表明旋风分离器环形空间不仅存在有二次涡，而且在顶板和升气管附近还存在有局部二次涡，局部二次涡的尺度比较小，而且沿周向有变化，呈现非轴对称分布。

　　2数学模型

　　采用雷诺应力输运方程模型即RSM模型模拟稳态不可压缩湍流流动，除了其时均连续和动量方程外，应力各分量输运方程为:

　　式中左端两项分别为应力的时间变化率和对流项，右端四项分别为应力扩散、剪力产生、压力一应变和应力耗散项。其中压力应变项n勺的封闭模型涉及到雷诺应力的预报是否合理[’]。在已经有的IPM，IPCM，GL，SSG，FLT等线性和非线性模型中，经过分析采用IpCM(IsotropizationofProdue-tionandConveetionModel，产生项和对流项各向同性化的模型)+wall模型，并针对强旋流动对其进行一定改进，优化了模型常数，以便能更好地预报雷诺应力，详见文献!l]。

　　3边界条件及网格划分

　　3.1入口边界条件

　　流体为常温状态的空气，入口速度从二20m/s，其他参数k=号(uavgl)2=o·735mZ/52，(“‘“in=kin=0·49mZ/52，石:可一om，/52，:=e公75k‘5/l=17·021mZ/53，其中，几=o·09，无=1.42，刀万=0.i16m，。avg为入口处的平均流速。k为湍流脉动动能，l为湍流特征尺寸，l=0.o7DH，I是湍流强度，取I=0.05。

　　3.2出口边界条件

　　出口边界条件按充分发展管流条件处理，所有变量在出口截面处轴向梯度为零，即器=0。为此在计算中将旋风分离器的出口管路加长，以保证充分发展条件的成立。

　　3.3壁面边界条件

　　壁面处采用无滑移边界条件，对近壁网格点用壁面函数近似处理。

　　3.4网格划分

　　计算中采用结构化网格，网格节点共有978 ,653个。

　　3.5差分格式及算法

　　选用QUICK差分格式和SIMPLE算法求解。

　　4数值模拟结果及分析

　　模拟旋风分离器尺寸如图1所示，进气口尺寸mm x 84 mm，筒体内径300 mm，升气管内径96mm。