彭 丽， 柳冠青， 董 方， 石战胜

(华电电力科学研究院有限公司多相流分离技术研究及应用中心， 浙江杭州310030)

旋风分离器是一种极其重要的颗粒分离设备，在火力发电、石油、化工、水泥、钢铁、冶金等工业领域应用广泛。虽然旋风分离器具有结构简单，内部无转动部件，造价低、占地小、易操作维修，适用于高温、高压，且浓度较高的工艺气体等优点；然而，由于其内部颗粒分离过程涉及一种极为复杂的三维、 气固强旋流运动， 理论与试验研究困难很大， 因此至今仍无法建立一套完整的数学模型指导其结构设计工作[1]。 如何通过优化旋风分离器结构、 匹配尺寸， 实现旋风分离器性能提升是其结构设计的难点。

压降和分离效率是优化旋风分离器结构设计、 性能评价的重要指标。自1886年旋风分离器的首次应用以来，国内外已开发了几种用于计算压降和分离效率的模型，包括基于力平衡和停留时间等的理论或半经验模型、统计模型、计算流体力学(CFD，computational fluid dynamics)模型。 理论或半经验模型[2]是由物理描述和数学方程推导出来， 需非常详细地了解旋风气流中气体流动结构和能量耗散机制。 例如， Stairmand模型通过动量平衡获得速度分布， 并结合旋风气流中静压的损失， 估算进口和出口压降损失[3]。 该模型忽略入口损失， 假设摩擦系数恒定， 且不考虑颗粒质量载荷对压降的影响。 而与Stairmand模型等其他模型相比， Muschelknautz模型既考虑了壁面粗糙度， 又考虑了质量载荷和雷诺数对旋风分离器性能的影响， 此外还考虑旋风中的气流速度变化[4]。……