气液旋流分离器分离机理的分析

孟 超

（广东长征机械有限公司，广东 中山 528455）

1 气液旋流分离器的概述

气液旋流分离器在低温制冷设备中有着十分关键的作用，是通过将进入设备的气体和液体进行分离，进而使系统能够正常工作。而与传统的容量式分离设备相比较，新型的旋流式气液分离设备具有构造简单、成本低廉、设备重量轻等明显优势。此外，设备在正常运过程中基本上不需要进行复杂维护，且安装简单、操作易上手。但是在现有的条件下通过实验来测量旋流分离器的各项性能需要较长时间，同时需要的研究费用也十分高昂［1］。而使用数值模拟的方式可以有效的完成测量分离器性能的工作，此外这种技术的成本较低、工作效率高，而且能够更加全面的模拟出分离器的内部流场，因此不受实验条件的约束。所以当前的研究环境下，应用数值模拟方法对气液旋流分离器的内部流场进行测量分析其中流动规律，能够更加快速的缩短研究时间优化分离器的内部结构。

2 气液旋流分离器的主要结构及分离机理

2.1 气液旋流分离器的技术构成

当前市场上出现的气液旋流分离器主要采用的工艺技术都较为接近。其中包括主体内部有中空的罐体，在罐体内部设置旋流装置，而旋流装置再与罐体上侧面进气口相连接，在罐体的下部设置排污口，而在罐体的顶部设置出气口。在实际工作中气液混合体或者气体与油的混合体进入设备之后，会经过进气口流入到旋流设备中，通过旋流设备工作，将混合体中的气液通过旋转的离心力作用进行分类，将混合体中的水分以及油等物质分离到旋流设备的内壁上，而分离之后的气体会从罐体顶部的出气口流出。在旋流分离器工作过程中，液体的粘性小所以经过旋流设备时，通过离心力进行分离后还是会有一部分的水存在于气体中。

由于存在以上问题，在文章中选择的气液旋流分离器会进行一定的优化。在罐体、进气口、出气口、排污口设计不变的情况下，在旋流设备与出气口之间设置一层过滤网，同时在出气口位置设置第二层过滤网，这样的设计可以在第一层和第二层过滤网之间形成一个相对闭合的干燥腔。在干燥腔中安装能够有效吸收空气水分的筛子。同时在罐体内部侧壁上开设能够与外部相通的进料口，在临近位置设置卸料口。在这种设计中罐体内壁上分别有两个进料口，进料口分别位于出气口的两侧，此外需要在侧壁上设计与与外部相通的排液口，排液口设置在进气口与排污口之间，共两个，分别设置于所述罐体侧壁的不同高度处。罐体底部外四周还安装有三个支架，支架沿着罐体的四周均匀设置。罐体中上部位置的侧壁设置一个连通其内部与外界的压力表安装口用于检测罐体内部气压。

优化之后的新型气液旋流分离器由于在罐体内部设置了一个能够分离水分的干燥腔所以当气体经过旋流设备进行气液分离后，还需要经过干燥腔的脱水作用，因此气体中水分和油含量就会有效降低，更好的满足用户要求。此外罐体中下部侧壁上的排液口，可以根据需要将罐体内的油、水等杂质排出，以便于气液分离器后续进行气液分离工作。罐体的侧壁上的压力表，相关的技术人员可以通过该压力表实时监测罐体内部的压力数据，便于调整罐体的进气量和出气量。这种气液旋流分离器具体造型如图1所示。

2.2 气液旋流分离器的分离机理

在实际操作中，技术人员可以将分子筛通过进料口放入干燥腔中，在分子筛中水分饱和之后在从卸料口中排出罐体。在对分离器的内部进行模拟实验中，进入分离器的气体存在一定的液体，参数如下：气体密度为1.18 kg/m3、泡直径为0.8 mm、气体中液体积分数为9.1%、黏度为0.05 Pa·s。通过相关检查设备对分离器中的流场建立模型和划分网格，通过计算器网格数量为7万左右，其中连续议程以及湍动能的精度为10-4，进气口位置的流量为35 m3/h［2］。在检测中边界条件进行以下设置，首先在进气口的边界条件中设置进气口速度，其速度的参数根据流量数据进行计算得出。在进气口的湍流参数按照水力的湍流强度以及大小决定，同时能够计算出分散的体积参数。其次，出气口位置的边界需要选择流动充分的条件，同时需要给出分流比参数以。通过在模拟技术的分析，可以看出气液混合体进入分离器之后会产生去剧烈的旋流，其速度矢量也逐渐增加。通过试验可以看到液体与气体在旋流中的矢量分布，分别从各自的出口流出，在设备中实现了气液分离的功能。在气液混合体分离之后，液体与气体会按照浓度比例分布。

图1 一种气液旋流分离器结构

3 结语

综上所述，气液旋流分离器是现代制冷设备中关键的设备之一，其设备性能质量对制冷设备能否正常运转有着十分重要的影响。因此研究和优化气液旋流分离器的性能以及工作机理就变得具有重要意义。在文章中，通过对一种新型的气液旋流分离器使用数值模拟技术进行测量，可以得出分离器内部流场的工作机理，为具体优化分离器的设计提供了数据参考。