旋风分离器旋进涡核的大涡数值模拟

龙薪羽， 刘根凡， 毛　锐， 王平平

(华中科技大学 能源与动力工程学院， 湖北 武汉 430074)



旋风分离器旋进涡核的大涡数值模拟

龙薪羽， 刘根凡， 毛锐， 王平平

(华中科技大学 能源与动力工程学院， 湖北 武汉 430074)

摘要：基于Smagorinsky-Lilly亚格子模型，将多面体网格应用于旋风分离器的大涡模拟，得到其平均流场和速度场脉动，并与实验值对比。对速度脉动进行快速傅里叶变换，以此探索旋进涡核的影响范围；通过涡速度云图，观察涡核中心的瞬态变化。结果表明，基于多面体网格的大涡模拟可以有效求解旋风分离器平均流场和速度脉动；斯特劳哈尔数的计算值为0.51，与实验值0.49非常接近。旋进涡核致使切向、轴向和径向的速度分量存在一致的主频；不考虑湍流边界层，旋进涡核存在于整个分离空间，且大部分位置的主频皆为11.54 Hz；旋进涡核中心在一定范围内围绕几何轴旋转，且旋转方向同主流方向一致。

关键词：旋风分离器； 旋进涡核(PVC)； 大涡模拟(LES)

旋风分离器由于结构简单、投资及运行成本低、分离效率适中等优势，广泛应用于工业除尘[1]。尽管其结构简单，但是旋风分离器的内部流场异常复杂。不仅存在着三维强旋流场，且旋流在自转的同时，其内旋流中心也时刻在发生变化，形成了所谓的旋进涡核[2](Processing vortex core，PVC)。研究表明，旋进涡核可能会导致压力场出现较大波动，进而引起旋风分离器的机械故障[3]，应引起足够的重视。

数值模拟是研究旋风分离器的重要手段。已有学者发现，雷诺平均模型(RANS)中，只有规避了各向同性涡旋黏性假设的雷诺应力模型(RSM)才可以准确地计算其平均流场[4-5]。……