相对端面比对旋风除尘器主要性能的影响

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为了前进旋风除尘器的分手效率，把持ＲSM 湍流模型构建三维旋风除尘器模型，钻研了相对端面比对旋风除尘器重要性能的影响。数值模拟功效剖明，随着相对端面比的减小，总压和切向速度随之降落，颗粒的勾留时辰耽误，是以前进了分手效率，为旋风除尘器的结构优化设计供应参考。

摘
要：为了前进旋风除尘器的分手效率，把持
Ｒ
SM
湍流模型构建三维旋风除尘器模型，钻研了相对端面比对旋风除尘器重要性能的影响
。
数值模拟功效剖明，随着相对端面比的减小，总压和切向速度随之降落，颗粒的勾留时辰耽误，是以前进了分手效率，为旋风除尘器的结构优化设计供应参考
。

0、引言：
随着旋风除尘器的奉行操纵，人们对其性能的［1］。近十余年来，国外学者着手从要求也越来越高全部的三维不雅观点钻研流场的结构及性能。Karagoz［2］经过进程增加涡流长度设计了旋风除尘器，发现其等［3］分手效率比传统旋风除尘器有所前进。刘玄等提出增加排气管的拔出深度，会增大旋风除尘器的［4］通压力损失落，除尘效率也会是以而前进。Gao 等过改动中心管道的高度和直径，分析了中心管道对旋风除尘器流场的影响，取得了_优的中心管道尺寸。实际上，当粉尘浓度较低且捕集纤细颗粒时，旋风除尘器的除尘效率不高，若何有效地前进旋风除尘器性能成为今后创新和打破的难点。
本文借助计算流体软件 CFD 对旋风除尘器遏制数值模拟，把持ＲSM 湍流模型建立了三维的旋风除尘器模型，得出旋风除尘器不合相对端面比下的总压和切向速度曲线，分析了除尘器分手效率随相对端面比不合的改变规律。

1、现实模型：
1.1、气体流场：
由于旋风除尘器内具有较强的三维强旋流，并且具有较着的各向异性湍流特点，这里选用ＲSM 模子来模拟旋风除尘器的气相流场，其控制方程重要

［ 5 ］
为输运方程，可写为
－－
 （ ρ u’ _i u’_j ）	（ 1 ）
+ C _ij = D _ij － P_ij + _ij － ε_ij	（ 1 ）
 t

式中，
ρ
为空气的密度，
kg /m
³
;
u’
下注
i
，
j
，
k
表示空

－

间坐标;
u’
_i
和
u’
_j
为颗粒在
x
标的目标的速度平均值和脉动值，
m /s
;
C
_ij
和
D
_ij
分袂为对流项
、
湍流分离项;
P
_ij
为剪应力产生项;
_ij
为压力应变项;
ε
_ij
为粘性耗散项
。
1
．
2
颗粒动力场与颗粒本身的惯性力对比，颗粒在除尘器流场中勾当时所受的浮力、压力梯度力、附加质量力和重力等在量级上均很小，可忽视不计。是以，从牛顿_定律可以直接得出颗粒的勾当方程:

^m p	du _p		= F _C + F _D	（ 2 ）
		dt
			j	j

式中，
m
_p
和
u
_p
分袂为颗粒质量和勾当速度，
F
_C
_j
为颗粒之间
、
颗粒与壁面之间碰撞产生的力，
F
_D
_j
为流

体粘性传染感动在颗粒上的拖拽力，可写为

_d
2

F
_D

πρ
_p

C
_D （ u_g － u_p ） | u_g － u_p |

（
3
）

式中，
C
_D
为气体
－
颗粒阻力系数，
d
_p
为颗粒直径，

u
_g ，u_p 分袂为气体和颗粒的速度。

数值模型与计算

2
．
1

几何模型

所示，

本文选用的旋风除尘器三维模型如图
1

除尘器高度
H = 760 mm，直径 D₀ = 190 mm，其中矩

形部分为进气管道，进气管道高度
a = 95 mm，宽度

b = 38 mm
; 大的圆柱部分为主筒体，高度 h = 285

mm
，下部梯形圆台部分为锥形灰斗，直径
D
_c
= 72
．
5

mm
; 上部的小圆柱为出气管道，直径 D

= 64 mm
，其

深切到主筒体内部的高度
Ｒ = 95 mm，漏在外边的

高度
L = 55 mm。

图 1 旋风除尘器的三维模型
图 1旋风除尘器的三维模型

2 ． 2		网格划分

		采纳六面体遏制网格划分，分袂拔取 3			种网格

	数来计算 1 μm		颗粒的分手效率，计算功效如表 1

	所示。可以看出，随着网格数的递增，分手效率相对

	误差渐渐减小。为了保证计算精度，本文选用 93

216 个网格单元数遏制模拟计算。

		表 1	旋风除尘器网格有关性验证

		网格数	分手效率 /%	相对误差 /%

		78 765	59 ． 88	－
		85 941	62 ． 12	3 ． 74
		93 216	63 ． 54	2 ． 28

2 ． 3		鸿沟条件
		出口采纳勾当出口，固体壁面、其他壁面分袂采

	用无滑移壁面和反射鸿沟，其他鸿沟条件设置见表

2 。

			表 2 鸿沟条件设置


		鸿沟条件		设置


		出口		速度出口

		排灰口		捕集界面
		排气口		逃逸鸿沟

3、计算功效与分析：
相对端面比是旋风除尘器出口截面积与筒体截面积之比，记为 K。矩形出口管的高度 a 及筒体直径 Do 是影响旋风除尘器除尘效率的两个首要成分。鉴于此，本文分袂经过进程改动出口高度 a 和筒体直径Do 来考核不合相对端面比对旋风除尘器性能的影响。
3.1、可靠性验证：
本文模拟了旋风除尘器结构在 x = 0 截面上 z =150 mm 位置处的切向速度沿半径标的目标（筒体中心线指向筒壁的标的目标）的改变，与文献［］的测验考试数据6 遏制了对比，功效如图 2 所示。可以看出，模拟功效与文献［］中的测验考试数据吻合较好，从而验证了本6 文现实和数值模型的可靠性。图 2 切向速度沿径向的变化曲线图 2切向速度沿径向的改变曲线 3.2、相对端面比对除尘性能的影响：不合相对端面比下，旋风除尘器颗粒勾当轨迹如图 3 所示，从左至右按序为 K = 5，K = 7 和 K =9。可直不雅观地看出，随着相对端面比的减小，颗粒在除尘器中改变的圈数增添，即其在除尘器中勾留的时辰慢慢增添，这就使得颗粒更早进入排灰口从而易于被捕集。图 3 不同相对端面比下旋风除尘器颗粒运动轨迹图 3 不合相对端面比下旋风除尘器颗粒勾当轨迹切速度是除尘器内量级_、_重要的分速度，也是影响颗粒捕集的重要成分之一。不合相对端面比下旋风除尘器内部切速度沿半径标的目标改变的曲线见图 4。由图 4 可知，切速度随半径增大先急剧增大，到达峰值后再慢慢减小，曲线呈左右对称的“驼峰”形漫衍，这是因为不才旋气流中切速度随着径向半径的增大而减小，而在上旋气流中切速度随着径向半径的增大而增大。别的，随着相对端面比的增大，旋风除尘器内部切速度慢慢增大。图 4 不同相对端面比下内部切速度变化曲线图 4不合相对端面比下内部切速度改变曲线压力场的大小与漫衍直接影响旋风除尘器的除尘效率，而总压又是反映旋风除尘器压力场漫衍的首要方针。图 5 给出了不合相对端面比下的总压曲线，分析后不成贵知: 旋风除尘器内的总压沿半径标的目标呈非线性增大趋势，_后渐渐趋于峻峭，曲线的斜率先增大后减小，这是因为在上旋和下旋气流的交界处压力改变较着的缘由。别的，随着相对端面比的减小，旋风除尘器内部的总压不竭减小。图 5 不同相对端面比下总压沿半径方向变化曲线图 5不合相对端面比下总压沿半径标的目标改变曲线在出口风速为 16 m /s 时，旋风除尘器分手效率随相对端面比的改变曲线如图 6 所示。可以发现，随着相对端面比的慢慢增大，分手效率先增大后减小，且在 K = 5 周围达到_，这是因为相对端面比重要由出口高度及筒体直径两参数共同抉择。图 6 分离效率随相对端面比变化曲线图 6分手效率随相对端面比改变曲线 4、结论：