波紋板除霧器除霧葉片的數(shù)值模擬.pdf

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1、第40卷第5期化工機(jī)械625波紋板除霧器除霧葉片的數(shù)值模擬馬銘澤+王建軍金有海(中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程學(xué)院)摘要基于響應(yīng)曲面法。以葉片間距、液滴直徑和流速為自變量，分離效率為因變量，采用Box．Be．hpken(BB)設(shè)計(jì)，研究各自變量和其交互作用對波紋板除霧器分離效率的影響，并得到二次多項(xiàng)式回歸方程預(yù)測模型。關(guān)鍵詞波紋板除霧器數(shù)值模擬BB設(shè)計(jì)中圈分類號TQ051．8文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0254-6094(2013)05-0625-03隨著天然氣的大量開采，這種清潔、高效的新能源已逐漸成為重要支柱性能源之一，但是天然氣中含有大量的固相和

2、液相雜質(zhì)，這些雜質(zhì)直接或間接地對天然氣的運(yùn)輸和使用帶來極大的危害¨一o。為了減小甚至消除這些不利因素，大批學(xué)者對天然氣雜質(zhì)的去除做了深入研究H“J。查閱文獻(xiàn)資料可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)是利用旋流裝置對天然氣的雜質(zhì)進(jìn)行離心分離，這種分離雖然效率很高，但其過程中的壓降損失較大，給天然氣的運(yùn)輸帶來一些問題和不便。因此，一種新型分離設(shè)備就體現(xiàn)出它的優(yōu)勢，波紋板以其結(jié)構(gòu)簡單、清洗方便及壓降小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。筆者重點(diǎn)考察波紋板的分離效率和影響因素，并與旋流分離裝置進(jìn)行對比。采用響應(yīng)曲面法來分析波紋板的結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)和其交互作用對它的分離效率的影響，在此基礎(chǔ)上

3、得出能預(yù)測波紋板除霧器分離效率的模型，該模型對以后的波紋板除霧器結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。1模型建立1．1響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)首先選擇合適的響應(yīng)曲面方程，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，得到最初的響應(yīng)曲面方程。隨之根據(jù)不同響應(yīng)因素的顯著性大小，分析方程中對目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)生顯著影響的因素。根據(jù)上述原理，筆者選擇二次響應(yīng)曲面方程，并考慮所有的一次項(xiàng)、二次項(xiàng)和兩兩交叉項(xiàng)。響應(yīng)曲面方程可表示為?：I^y=風(fēng)+二晟Xi+∑．JBi．iXl2+二盧iJX；乃+e(Xl，五，?，X‘)I‘1‘o-I‘，(1)其中，y為目標(biāo)函數(shù)或稱響應(yīng)；置為自變量；蘆；、JB¨、盧；。分

4、別代表一次、兩次、交互作用項(xiàng)的回歸系數(shù)；I

5、}為影響因數(shù)的數(shù)量；e為誤差，有兩個(gè)誤差源，即實(shí)驗(yàn)誤差和擬合不足誤差，后者包括高階項(xiàng)和交互項(xiàng)?？疾觳y板間距日、液滴直徑d和流速”對分離效率的影響，采用Box．Behnken(BB)設(shè)計(jì)法進(jìn)行優(yōu)化，表1給出了響應(yīng)曲面模型中變量的范圍。表1響應(yīng)曲面模型中變量的范圍1．2CFD模型1．2．1模型假設(shè)在實(shí)際條件下，氣流流過波紋板的彎曲通道時(shí)，它的流動是一種三維、非定常、可壓縮的粘性流體的流動。但由于現(xiàn)今的計(jì)算機(jī)處理量還不能}馬銘澤，男，1988年6月生，碩士研究生。山東省青島市，266580。626化工機(jī)

6、械2013年對實(shí)際條件下的納維一斯托克斯公式進(jìn)行求解，因此，在誤差允許的條件下對模型作適當(dāng)?shù)暮喕篴．由于進(jìn)入除霧器彎曲通道內(nèi)的氣流速度較小，因此可以把這種氣體視為不可壓縮性氣體處理；b．由于彎曲通道的高寬比很大，因此可把波紋板中的流場簡化為在二維平面上的流場；c．考慮到在理想狀況下，氣體流動的各參數(shù)與時(shí)間無關(guān)，因此可將氣流流動視為定常流動。1．2．2模型建立采用

7、

8、}咕湍流模型的封閉N—S(Navier—Stokes)方程。連續(xù)性方程：罷+罷：0(2)a互a’，N-S方程：塑+警+等=一塑+上(粵+百a2uOtaxReax)(s)a茗a，，

9、I‘a(chǎn)，，J、竺+生+型=一塑+一1I[護(hù)a2votOyOxOyRe專)(4)＼a髫‘d，，，k-8方程：去c礎(chǔ)，+毒cp鴨，2毒【(p+魯)鷥】+p。差(差+墊axilI一臚(s)告(礎(chǔ))+去㈨¨=去№+；／z∥,’lc3茹e：卜塵㈨O眈u‘[協(xié)Ou__A，+絲ax,1-c2／kp譬(6)一‘pt缸，、眠+。卜L2pToo’k-6方程中湍流粘度肛。的計(jì)算式為：“=印t2／e式中的常數(shù)值CI,=0．99，C。=1．44，C2=1．92，or‘=1．0，盯。=1．3。2結(jié)果分析運(yùn)用CFD模擬計(jì)算BB設(shè)計(jì)法中的每個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)的分離效率，可以得到二次多

10、項(xiàng)式回歸方程預(yù)測模型為：Y=1．92751+0．20354H一0．057715d一0．12073口一0．00076Hd一0．000173Hv+0．003dr+0．00006H2+0．001d2+0．0014v2(7)回歸方程的方差分析結(jié)果表明，試驗(yàn)結(jié)果與o．9953(表2)，日、tI、d和交互因素lid、d2、dv對波二次多項(xiàng)式方程預(yù)測模型非常吻合，R2的值為紋板除霧器的分離效率影響顯著。表2響應(yīng)曲面二次多項(xiàng)式預(yù)測模型方差分析影響波紋板除霧器分離效率的各因素和其交互作用的響應(yīng)曲面如圖1所示。由圖1a可以看出葉片間距和粒徑對分離效率的交互作用影

11、響，隨著葉片間距的減小，分離效率明顯增大，但小于液滴粒徑對分離效率的影響。這主要是由于隨著粒徑的增大，其慣性力增大，其速度松弛時(shí)間t也增大，根據(jù)速度松弛時(shí)間t的公式