物性參數對除霧器分離特性影響數值研究

杜明生王慶功王建軍許偉偉

（1.大唐環境產業集團股份有限公司，北京 100097；2.中國石油大學（華東），山東 青島 266580）

新型除霧器環境保護領域的熱點。本文選擇旋流板除霧器作為研究對象，采用CFD數值計算方法研究。采用RNG k-ε湍流模型以及歐拉壁面液膜模型（EWF）對旋流板除霧器進行數值模擬。研究結構參數（導葉角度、除霧器筒徑）和物性參數（液滴粒徑、密度）與除霧效率和壓降之間的數值關系，分析不同參數下除霧器內部流場和壁面液膜分布情況，為除霧器的設計和結構優化提供思路和參考數據。

1 數值計算模型及邊界條件

如圖1所示，除霧器內構件為旋轉導葉，除霧器筒體直徑500mm，導葉內圓柱直徑均為160mm，外圓柱直徑均為470mm，葉片數均為24片。導葉與除霧器筒壁之間留有縫隙，提供筒壁液膜流通通道。根據實際工況，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 除霧器直板導葉整體結構

2 物性參數對分離性能的影響

在保持單一變量的條件下，分析液滴粒徑、液滴密度對分離性能的影響。第一組的參數為：導葉級數一級，導葉角度40°，筒徑500mm，液滴密度998kg/m3，液滴粒分別為20μm、40μm、60μm、80μm、100μm；第二組的參數為：導葉級數一級，導葉角度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。這是因為粒徑在流場中受到曳力、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，實現分離，所以除霧效率越高。當液滴粒徑為80μm以上時，除霧效率達到90%以上，粒徑為100μm時，除霧效率更是達到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，進口液量一定，隨粒徑的增大，導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，導葉靠近進氣口的一側液膜厚度不斷增大，同時，導葉迎風側液膜厚度大，背風側液膜厚度小，這說明隨著液滴粒徑的增大，導葉本身的除霧能力不斷增強，且導葉迎風側是導葉本身發揮除霧作用的主要區域。

圖4 不同粒徑下導葉壁面液膜分布圖（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。

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