PDF《申请博士生指导教师简况表（一）》

而当 Ci≥Ccr 时,压降随 Ci 增大而升高.②转折浓度 Ccr 不是定值,它与分离器的结构尺 寸、气相物性以及入口气速密切相关.在研究入口含尘浓度与分离效率关系时则发现:入口含尘浓 度对细颗粒的分离影响较显著, 对粗颗粒的分离影响不大,并首次建立了入口含尘浓度与粒级效率 的定量关系.以上研究不仅从理论上深化了对分离机理的认识,而且在很大程度上解决了入口含尘 浓度对分离性能影响的预测问题,对于旋风分离器的设计具有重要意义. ⑶旋风分离器模化试验和冷态对比试验方法研究 以相似理论为基础,建立了严格的旋风分离器模化试验和冷态对比试验新方法.基于该方法, 不仅可以实现理论设计和试验结果之间的互相验证, 而且可以实现已有应用经验的同类设备与新开 发设备的相互验证.上述方法促成了理论-试验-应用之间的良性循环,解决了多相流设备的工程放 大难题,缩短了新设备的开发周期,提高了研究成果的转化率.应用上述方法,在短短的三年时间 内,相继研究开发成功丙烯腈反应器新型两级旋风分离器和氧氯化反应器三级旋风分离器, 并迅速 得到工业推广应用. 尤其是丙烯腈新型两级旋风分离器是丙烯腈行业的一项重大技术突破, 不仅可 替代国际上传统的三级旋风分离器技术,而且性能指标更先进,排布更方便,更重要的是它可使现 有反应器的产能提高 50%,为我国彻底摆脱国外专利垄断的束缚做出了重要贡献.

7 正在深入进行的研究工作主要围绕高温旋风分离器而展开.由于石油化工、高效燃煤发电(如PFBC、IGCC)等技术的发展以及对粉尘排放控制愈加严格,自1980 年代以来,对于高温高效旋 风分离器的需求日益突出,但由于这些应用领域条件特殊,要求苛刻,所以无论在结构开发、理论 研究还是设计技术上都未取得大的进展.目前正结合国家自然基金、中国石化 大型丙烯腈反应器 工程技术开发与工业应用 以及中国石油 劣质重油加工关键技术开发与工业应用 等项目开展高 温气固分离技术研究,研究重点可归纳为以下四个方面: ⑴高温旋风分离器内流场的研究 建成了旋风分离器高温流场测试装置(最高可达 800℃) .在该装置上,利用水冷高温五孔测 速管测定了不同温度 (常温~700℃) 、不同入口气速下旋风分离器及其灰斗内的三维平均速度场和 压力场,并重点研究了三维速度分布随温度的变化关系.研究结果表明:①旋风分离器及其灰斗内 三维速度分布的形态基本不随温度变化而变化, 不同温度下无量纲三维速度沿径向的分布曲线保持 了良好的相似性.②无量纲三维速度的大小沿轴向的变化与温度有密切关系.随着温度的升高,无 量纲三维速度尤其是无量纲切向速度沿轴向的衰减加快. ③对于切向速度而言,旋涡指数 n 随温度 升高而减小.以上结论对于准确解释分离效率和压降随温度变化的关系有重要的指导意义. 此外, 还重点就高温旋风分离器流场相似性问题展开了深入研究. 通过对几何相似旋风分离器 流场的实验测量和 CFD 模拟,发现:即使特征雷诺数超过

106 量级,旋流场也不是完全相似的;

随入口气速增大,无量纲切向和轴向速度也随之增大;

在不同温度下,即使特征雷诺数相同,其无 量纲速度分布也不一定相同,说明还有其它控制旋流相似的准则.根据数值模拟结果,并类比管流 的处理方法,初步建立起欧拉数与雷诺数的定量关系.在此基础上,考虑旋流场的离心效应,并通 过一个旋流傅鲁德数表示之,再将此傅鲁德数与雷诺数进行适当组合, 发现了一个可以确切判断旋 流场是否相似的组合准数. ⑵高温旋风分离器性能试验研究 建成了高温旋风分离器性能试验装置(最高试验温度可达 800℃) .在该装置上,全面研究了 不同温度下(常温~700℃)分离效率、压降等随入口气速、粉尘介质以及入口浓度等参数的变化 规律.研究中有多项新的发现,主要有:①虽然总分离效率随温度的升高而下降,但其粒级效率的 变化规律较为复杂,粒级效率和粒径的关系曲线呈 鱼钩 状,即存在一个 临界粒径 ,对于大 于 临界粒径 的颗粒,粒级效率随温度的升高而下降,而对于小于 临界粒径 的颗粒,粒级效 率反而随温度的升高而上升.并且,临界粒径与旋风分离器的结构型式、气固相介质物性以及操作 参数等有关.针对试验条件,提出了临界粒径与温度的定量关系式.②在不同温度下,分离效率与 入口气速的关系曲线都呈 驼峰 形,并且最佳入口气速会随温度的升高而增大,据此总结出了最 佳入口气速与温度之间的定量关系. ③随着温度的升高, 旋风分离器压降以及阻力系数均呈下降趋 势.这也意味着在高温下适当地提高入口气速,不会导致压降的急剧增大.上述发现无论对于确定 高温旋风分离器的最佳操作气速,还是对于深入探究高温分离机理都有重要意义. ⑶高温旋风分离器分离机理研究 目前,机理分析、实验研究和数值模拟(或神经网络法)已成为旋风分离器研究手段的三个重 要组成部分.但是,一方面由于旋风分离器内部为三维强旋湍流场,这使得目前还没有可用于精确