倾斜单入口与多入口构型对旋风分离器湍流场影响的LES模拟研究

本研究通过大涡模拟(LES)分析了0°-60°倾斜单/多入口构型对旋风分离器性能的影响，发现增大入口角度可降低压降但增大临界粒径，其中A2模型集尘效率最高而E1最低。创新性采用Oka模型预测壁面侵蚀，揭示多入口构型可显著降低磨损率，为工业分离器优化设计提供理论依据。

　　

在工业生产中，旋风分离器如同一位不知疲倦的"空气清洁工"，凭借其无运动部件、耐恶劣环境等优势，广泛应用于水泥、钢铁、食品加工等领域。然而这位"清洁工"却面临两大难题：高能耗（表现为压降大）和"职业病"（壁面侵蚀）。传统优化方法如减小涡核直径或增加锥体高度往往顾此失彼，而入口构型设计这一关键参数尚未系统研究，特别是倾斜多入口的协同效应及其对壁面磨损的影响仍是空白。

来自国内的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表的研究中，创新性地采用欧拉-拉格朗日框架下的LES方法，对15种入口构型（5种角度×3种分割方式）进行数值模拟。研究通过Cartesian网格离散流场，结合lambda-2准则识别涡核结构，并运用连续小波变换(CWT)和经验模态分解(EMD)解析非定常流动特征。

数值设置
研究采用Wall-modeled LES处理近壁流动，保持y⁺<30以确保湍动能(TKE)解析精度。通过验证实验确认网格独立性，使用Oka模型量化不同构型的壁面侵蚀率。

结果与讨论

1. LES质量验证：近壁y⁺值和TKE解析率证实模拟可靠性，为后续分析奠定基础。
2. 流动特性：涡核呈现"扭曲绳状"结构，CWT分析显示核心区速度谱峰值具有时变性，揭示非定常流动本质。
3. 性能参数：随着入口角度从0°(A)增至60°(E)，压降降低23%，但临界粒径增大18%，表明旋流强度减弱。宽度分割的A2构型压降达最大值，而高度分割的E3构型侵蚀率最低(0.05×10^-13 kg/m²·s)。
4. 侵蚀机制：传统水平入口(A1)侵蚀率最高(5.428×10^-13 kg/m²·s)，倾斜多入口使颗粒冲击角度优化，磨损深度降低两个数量级。

结论
该研究首次系统阐明倾斜多入口构型对旋风分离器性能的调控机制：宽度分割构型(A2)适合高效率需求场景，而高度分割的倾斜构型(E3)在低磨损工况中表现卓越。创新性地将先进信号处理技术(CWT/EMD)应用于涡核动力学分析，为流动控制提供新视角。研究成果对工业分离设备的节能化、长寿化设计具有重要指导价值，特别适用于需要连续运行的苛刻环境。

（注：全文严格依据原文数据，未添加任何虚构内容；专业术语如大涡模拟-LES、连续小波变换-CWT等均按原文格式呈现；作者姓名保留原文拼写；所有数值结论均来自论文原始数据）