袋式除塵器流場(chǎng)氣流均勻性的數(shù)值模擬.pdf

1、《裝備制造技術(shù)》2013年第9期!!!!“!“設(shè)計(jì)與計(jì)算“!!!!!“袋式除塵器流場(chǎng)氣流均勻性的數(shù)值模擬楊燕珍，溫發(fā)林（龍巖學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，福建龍巖364012）摘要：許多袋式除塵器由于結(jié)構(gòu)的原因，往往內(nèi)部流場(chǎng)的氣流分布不均現(xiàn)象比較明顯，內(nèi)部流場(chǎng)氣流分布不均，會(huì)加劇濾袋的磨損降低除塵器的除塵效率。分別對(duì)加裝與水平面成60、45、30角布置的氣流均布板的模型進(jìn)行模擬，對(duì)比分析得出最優(yōu)方案，為袋式除塵器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。關(guān)鍵

2、詞：袋式除塵器；數(shù)值模擬；氣流均布板中圖分類號(hào)：X701.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672545X（2013）09001702袋式除塵器由于其除塵效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定并且可以處理高濃度含煙塵氣體等優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用最廣泛的除塵設(shè)備之一。袋式除塵器內(nèi)部氣流分布比較復(fù)雜，除塵器鋼結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣速度和濾袋布置等都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大影響。本文利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)對(duì)袋式除塵器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，提出在進(jìn)氣通道內(nèi)添加氣流均布板的改進(jìn)措施，但是氣流均布板

3、的放置角度的不同對(duì)袋式除塵器內(nèi)部流場(chǎng)的改善程度也不盡相同。本文分別對(duì)加裝與水平面成60、45、30角布置的氣流均布板的模型進(jìn)行模擬，通過(guò)對(duì)比分析得出最優(yōu)方案，為袋式除塵器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。1幾何模型的建立和數(shù)值計(jì)算方法1.1模型的假設(shè)和簡(jiǎn)化由于袋式除塵器各個(gè)氣室內(nèi)部結(jié)構(gòu)和流場(chǎng)的復(fù)雜性，在建模前，對(duì)其作以下假設(shè)及簡(jiǎn)化：（1）對(duì)除塵器箱體內(nèi)的煙氣進(jìn)行簡(jiǎn)化，作單相流進(jìn)行模擬；（2）在實(shí)際中，隨著袋式除塵器的運(yùn)行使用，其濾袋表面的粉塵厚

4、度是不斷變化的，在此僅做靜態(tài)處理，假設(shè)粉塵厚度一定；（3）假設(shè)濾袋在過(guò)濾過(guò)程中不考慮形變，將濾袋以圓柱面來(lái)表示；（4）假設(shè)模型氣體參數(shù)為常溫下的空氣參數(shù)；（5）假設(shè)除塵器進(jìn)氣口的氣流速度是均勻的。1.2幾何模型及網(wǎng)格劃分本文以福建某環(huán)保公司的袋式除塵器的為模擬收稿日期：20130609對(duì)象，該除塵器為側(cè)進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)形式，其鋼結(jié)構(gòu)包括灰斗、上箱體、中箱體、進(jìn)出氣口、出氣口等部分。模型的基本參數(shù)如下：灰斗為高4000mm的倒四棱錐臺(tái)，上箱體是長(zhǎng)

5、方體，其長(zhǎng)為7710mm，寬為5930mm，高為1670mm；中箱體高為3000mm，底面尺寸為1000mm500mm，濾袋的直徑為44mm，長(zhǎng)為3000mm，每個(gè)氣室都分布著15個(gè)濾袋。本文利用Gambit軟件對(duì)計(jì)算區(qū)域劃分網(wǎng)格，采用有限體積法對(duì)方程計(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散。采用結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化混合的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分：進(jìn)氣口、出氣口、濾袋周圍區(qū)域和濾袋都采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，灰斗采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。模擬區(qū)域所劃分的總網(wǎng)格數(shù)約為100萬(wàn)。1.3數(shù)值計(jì)算

6、方法和邊界條件本文采用標(biāo)準(zhǔn)的kε雙方程模型，壓力速度耦合采用SIMPLE算法，穩(wěn)態(tài)3D的壓力基求解器，對(duì)流項(xiàng)選取二階迎風(fēng)離散格式，在近壁區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法。本模型的進(jìn)口采用velocityinlet邊界條件，出口采用outflow邊界條件，對(duì)稱面采用對(duì)稱邊界條件。除塵器布袋采用魯棒性和收斂性較好的多孔跳躍邊界條件，模擬計(jì)算時(shí)輸入的邊界條件值：進(jìn)口風(fēng)速為10ms，空氣密度ρ為1.225kgm3，濾袋表面的滲透性3.5e11m2，其厚度為

7、2mm。2計(jì)算結(jié)果及分析2.1綜合流量不均幅值綜合流量不均幅值是指所有濾袋的流量分配系EquipmentManufacturingTechnologyNo.9，2013數(shù)與理想狀態(tài)下的絕對(duì)均勻系數(shù)1.0之差的絕對(duì)值的平均值，這個(gè)參數(shù)綜合考慮了各個(gè)濾袋的流量偏差，評(píng)價(jià)比較全面，記作△Kξ，可表示為：△Kξ=∑!!Kqi1.0“n“式中，n是模型中濾袋的總個(gè)數(shù)。2.2速度云圖對(duì)比為了更好研究氣流對(duì)布袋的影響，選取沿平行于x軸的方向，且通過(guò)各

8、個(gè)布袋的直徑截面的速度分布云圖來(lái)進(jìn)行分析，圖1和2分別為Y=1930mm截面速度云圖及Y=3535mm截面速度云圖。圖1Y=1930mm截面速度云圖圖2Y=3535mm截面速度云圖2.3對(duì)比分析結(jié)果計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)氣流與后壁面強(qiáng)烈碰撞后，氣流在這里分成了兩股勢(shì)力，一股具有向上部空間直接發(fā)展的趨勢(shì)，一股是向下沿著灰斗壁面繞流。具有向上部空間發(fā)展趨勢(shì)的這股勢(shì)力，在加裝了氣流均布板的模型中，因?yàn)槭艿綒饬骶及宓淖饔?，在這里被分流，一部分氣流通

9、過(guò)板上的開(kāi)口流出，一部分由于受到氣流均布板的阻擋，沿著板的末端方向流動(dòng)，在均布板末端處向上部的氣室發(fā)展。與原型相比，在氣流均布板的作用下，布袋底部沒(méi)有直接受到高速氣流的沖擊，原本要形成射流的一部分氣流被氣流均布板阻擋和分流。從各截面圖的速度云圖看，在加裝了氣流均布板的除塵器內(nèi)，氣流場(chǎng)的均勻得到了一定的改善。并且從云圖中可以看出，加裝30氣流均布板的模型，比加裝60和45的模型，速度均勻程度都有了更好的改善。由流量和流量分配系數(shù)表可以計(jì)算

10、得出，在袋式除塵器原型模型中，最大的流量分配系數(shù)為1.38最小的流量分配系數(shù)為0.63，其中最大流量不均幅值為0.75，而進(jìn)行綜合計(jì)算后，得出的綜合流量不均幅值為0.2130；加裝60氣流分布板后的袋式除塵器的模擬中，箱體內(nèi)氣流的最大流量分配系數(shù)為1.40，最小流量分配系數(shù)為0.68，其中最大流量不均幅值為0.72，而進(jìn)行綜合計(jì)算后，得出綜合流量不均幅值為0.1904。加裝45氣流分布板后的袋式除塵器的模擬中，箱體內(nèi)氣流的最大流量分配系

11、數(shù)為1.39，最小流量分配系數(shù)為0.70，其中最大流量不均幅值為0.69，而進(jìn)行綜合計(jì)算后，得出綜合流量不均幅值為0.1878。在袋式除塵器加裝30氣流均布板的模型中，最大的流量分配系數(shù)為1.36，最小的流量分配系數(shù)為0.69，因此，綜合流量分配系數(shù)也可以看出加裝30的氣流均布板的模型優(yōu)于加裝60和45的模型。3結(jié)束語(yǔ)運(yùn)用Fluent軟件能夠很好地模擬出袋式除塵器內(nèi)流場(chǎng)分布，使工程人員能夠清晰地了解其內(nèi)部氣流分布的情況，這是物理實(shí)驗(yàn)難以

12、達(dá)到的效果，這可以進(jìn)一步指導(dǎo)除塵器的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和改進(jìn)。加裝了氣流均布板后，箱體內(nèi)的氣流分布得到了明顯的改善，綜合流量不均勻幅值有明顯降低，但是在加裝氣流均布板時(shí)要考慮二次揚(yáng)塵的影響，來(lái)合理選擇角度。參考文獻(xiàn)：[1]李少華，王坤玉，格日勒，等.袋式除塵器氣流分布均勻性的數(shù)值模擬[J].電站系統(tǒng)工程，2009，25（2）：1719.[2]付海明，趙友軍.袋式除塵器流場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)試及優(yōu)化[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，41（2）：799806.N

13、umericalSimulationofDistributionUnifmityinBagtypeFilterYANGYanzhen，WENFalin(CollegeofPhysicalMechanicalElectricalEngineering，LongyanUniversity，LongyanFujian364012，China）Abstract：Manybagfilterduetostructuralreasonsthephen

14、omenonoftheairflownounifmdistributionwhichdamagesairbageasilyaffectsdustingefficiencyetcisobvious.Inthispaperrespectivelytoaddwiththehizontalairflowboardinto604530anglelayoutmodelofairflowunifmplatewassimulatedwhichprovi