旋风分离器出口边界条件对CFD模拟精度的影响研究

本文主要探讨了旋风分离器出口边界条件对流场模拟结果的重要影响。作者王玉梅、孙国刚和时铭显针对中国石油大学(北京)过程装备实验室的旋风分离器，通过对比不同出口边界条件（充分发展边界条件和压力出口边界条件）对CFD模拟结果的精度进行了深入研究。他们的工作基于旋风分离器的实际应用背景，这种设备在石油化工和电力行业中因其结构简单、效率高而被广泛应用。 在数值模拟中，出口边界条件的选择对模拟结果的准确性至关重要。充分发展边界条件假设出口湍流已完全发展，法向梯度为零，而压力出口边界则设定出口静压为恒定值。然而，由于旋风分离器升气管内的流场特性不同于常规直管流，特别是考虑到强烈旋转的特性，现有的文献中鲜有研究专门讨论升气管出口边界条件对模拟结果的影响。 作者构建了一个基于LDV实验测量的几何模型，进气口尺寸为122mm×63mm，筒体和升气管直径分别为250mm和79mm，使用了适合的湍流模型来进行计算。他们通过将模拟结果与LDV试验测量值进行对比，发现压力出口边界条件下的模拟结果与实验数据更吻合，表明在旋风分离器流场模拟中，选择压力出口边界条件能够提供更精确的结果。 这项研究的意义在于为旋风分离器的CFD模拟提供了实践指导，特别是在设置出口边界条件时，建议采用压力出口边界条件以确保模拟的可靠性。这不仅有助于提高模拟的精度，还能节省实验成本，提升工程设计中的预测能力。未来的研究可以进一步探讨如何优化其他复杂边界条件，以适应旋风分离器这类特定流场设备的特性。