视频主要介绍了旋风分离器在喷雾干燥机组中的应用及设计难点。讲解了旋风分离器的分离原理，并通过CFD流体仿真展示了内部复杂的气流分布。同时指出了旋风分离器设计中存在的计算模型局限性和实际工程中的挑战，强调了设计过程中需要综合考虑的因素和实验验证的重要性。
旋风分离器是喷雾干燥机组的重要部件。前年写过这个题目，因为它在很多行业都有应用，所以是我点赞最多的短视频之一，本风就来重做一次。旋风分离器的设计难点在于它是一种对气流非常敏感的设备，对于喷雾干燥机组的大多数零部件而言，比如风机、加热器、塔体等等，稍微放大尺寸，加大余量，不会有太多不良后果。
而旋风分离器需要充分考虑到分离效果和风阻的平衡，过大或者过小，任何参数都会造成比较严重的后果。
旋风分离器，顾名思义，风裹挟颗粒进入后是共同螺旋流动的粉因为密度较大，被抛向气壁，最终落于底部，而气流则从底部螺旋上升至排气管口，最终排出。旋风分离器实际可以把旋风分离器看作气流离心机，和离心机的原理类似，决定分离效果的是流速、直径和旋转圈数。流速越快，直径越大，离心力越大圈数越多，分离次数越多，分离过程越充分，分离效果就越好。
宏观上可以这么理解，教科书上也是这个意思，但这些只是比较宏观的现象。实际上，旋风分离器的设计、计算仍是一门正在不断深入发展的学科，每种计算模型都有适用范围，也为能涵盖所有的设计条件。这无非是因为所谓计算式就是条件与结果之间关系的数学表达式。
旋风设计计算之所以难度较大，根源是因空气动力学，因空气，因空气中包含的本体就是复杂的、不均一的、可膨胀可压缩的、奇形怪状、有大有小的。而涡流涡旋又增加了复杂度。比如化工原理的给出的旋风分离器，计算时需要设定气流的旋转圈数，且不说不同构型的旋风分离器的圈数不同，我们来看这个比较标准的旋风的cfd 流体仿真，并非所有的气流都会完美的从上转到底，然后从中心螺旋上升，而是因下锥体外壳的不断收缩，只有少数气流才会探至底。主气流会在排风口及其在下椎体的投影所构成的圆柱形气膜面不断进入排风口。
还有一些气流未能贴旋风的外壁流动，而是贴排风管外壁流动，旋转圈数少，旋转直径小，当然也就难以达到理论计算的分离效果了也未能有一种计算模型可以完全精确的表述上述现象。
然后我们再来看旋风分离器内部的压力分布，从蓝色到绿色到黄色、红色，压力是越来越高的。压力分布也是风速分布，而风速越高分离效果越好。
可见刚进旋风的贴外壁的内侧分离效果是最好的，整个柱段的分离效果都不错。到了排风口以下，随着气流不断进入排风口，风速逐渐降低，分离效果逐渐下降。到了锥体下部，由于风速已经很低，几乎全部向上折返，也就没有了分离作用。如果含粉量很大，排出又不畅，很可能还会被折返气流夹带排出。你看，仅仅旋风分离器内部的流场就是如此复杂，所以旋风分离器想要非常精确的设计计算是难度很大的工程，实际也总和理论计算有一定差距。
这是因为空气的可压缩性、风速、直径、圈书造成气流的非均一性，本体的密度、粒径、分布、外形等等造成颗粒的非均匀性。所以相对布袋除尘器，相对固定的分离木薯旋风分离器就是一种概率性的设计。设计的优劣不仅要考虑大的理论计算方向，还要用实践经验修正，以避免设计缺陷造成工程性失误。
后面我们会重点解说此类问题，具体的计算是在很多教材上都有。这里需要指出的是，旋风分离器的计算并非那种可以从头算到尾，得出唯一准确的结果的模式，或者说真实的工程计算都是如此。尤其很多化工计算和空气动力学计算，是用恰当的数值涵盖可预期的绝大多数现实工况。旋风分离器计算的核心就在于风阻和切割粒径的平衡取舍。排风机的全压来自分离器风阻风、管道风阻、塔内负压、台风动压之和，尤其分离器风阻是主要阻力来源。
常见的食品喷雾干燥的旋风风阻为700至2000帕斯卡，两级旋风风阻在3000帕斯卡左右，而中压风机的风压一共才4000帕斯卡左右。如果旋风设计风阻小，分离效果就差，易跑粉。如果设计风阻过大，就容易超过排风机风压，那么风量就无法达到设计值，干燥塔的产能就不够了。
我在前面的情书里也说过，对于和环境联通的开放式大中型干燥机组来说，同样的蒸发量，不同季节，也就是不同的祛风湿含量时，风量是有很大差异的。而在不同的海拔高度，即使风的质量流量相同，因为空气密度不同，空气的体积流量也有很大差异。而不同的产品配方，干燥塔的排风温度不同，风的热利用率就不同，也会造成机组风量的区别。而旋风分离器是对空气的体积流量非常敏感的设备，这就造成所谓理论上的额定值和实际工作值的巨大差距。也就是说，不仅南方的1000塔和北方的1000塔的塔体尺存不同，旋风分离器的尺寸也会有区别，西北高原和东部沿海的尺寸也会不同，如果说塔型加大一些，还不会有太大影响。
旋风移位成比例缩放，就会造成分离效我和风阻匹配关系的混乱，这是很多工程案例失败的根源。前面说了，因为空气流畅和本体的复杂性，现在并没有一个完美的计算式可以准确计算旋风分离器，所以旋风分离器的完整设计过程就类似设计飞机，先要充分的计算来构建数学模型基础，然后进行cfd 流体仿真观察流程，排查明显缺陷，然后导入试验风洞验证风阻计算。当然，和飞机、汽车这些外流体动力学构型不同，它们是将外形缩比模型置于风筒中观察。旋风分离器是内流体构型，是缩比模拟不同构型的旋风将气流吹观测。
最后当实际调试中还要进行检测，不断验证和优化理论数据，才完成一个设计，循环不断提高设计精度。
我们在这里再说一下常见的几个计算式的原理。刚才说过，所谓计算式就是条件与结果之间的数学关系表达。因为旋风分离器设计条件的过于复杂，一个计算是难以包含全部，所以发明者都是从自我认知的主要条件入手，经过多次试验观测，找出它们与结果之间的数学关系。
比如化工原理教材给出的计算式，主要条件就是离心力和气流在旋风内的旋转圈数，显然很有道理，但旋转圈数本身是人为设定值，也没有充分考虑不同旋风构型的影响。2S模型的原理是计算排风管入口处的分离，气膜风速仪依然对旋风外壳构型考虑不多，对一些明显的设计缺陷，比如排风管插入过浅造成短路的现象等没有考虑。第三个经验计算是直接用进出口的比值来确定风阻，显然只对特定购型和风速范围的旋风分离器有效。第四个计算模型则主要考虑气动摩擦总面积对风阻的影响，显然忽视了不同部位不同的风速影响，也忽视了锥体底部是低风速的无效分摩擦面积。
当然，这几种常用计算式的计算结果的误差其实还可以接受，但我们要认识到现有理论计算的局限，才能对设计本身保持敬畏之心，所谓蘸蘸鳞鳞，如履薄冰才是负责的设计态度。本集我们先说到这里，在下一集我们从构建标准的旋风分离器数学模型入手，结合CSD流体仿真技术，解说一下常见的构型特征和设计缺陷。实际上对于一个仍在发展的学科，我们不能说某某构型或者计算就是完美的，甚至也不能说就是对，是的，但我们仍可以不断修正那些经验证的缺陷。
这就好比经验并不能告诉你最佳的方案，但它可以避免让你犯同样的错误。人类文明就在不断探索和总结经验中进步发展。
