脈沖袋式除塵器勻流噴吹管的設(shè)計(jì)探討

沈衡 孫乾

摘 ?要：脈沖式除塵器是一種十分高效的除塵器，在相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中具有十分廣泛的應(yīng)用。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，由于其噴吹管中各個(gè)噴口流量的不均勻分布，會(huì)降低其除塵效率和效果。對(duì)此，可采用流量修正、數(shù)值模擬等方面，優(yōu)化設(shè)計(jì)噴吹管的噴口。利用湍流模型，對(duì)雷諾時(shí)均方程進(jìn)行數(shù)值求解，從而在噴口半徑分布不同、入口壓力條件不同等情況下，對(duì)噴口流量分布和流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬，極大地縮短了設(shè)計(jì)周期，也降低了試驗(yàn)成本，為優(yōu)化設(shè)計(jì)脈沖袋式除塵器噴吹管提供了良好的依據(jù)和借鑒。

關(guān)鍵詞：脈沖袋式除塵器;勻流噴吹管;設(shè)計(jì)

前言

空氣除塵器主要包括濕式洗滌除塵設(shè)備、過(guò)濾式除塵設(shè)備、電除塵設(shè)備、機(jī)械式除塵設(shè)備等。其中，脈沖袋式除塵器屬于過(guò)濾除塵設(shè)備中的一種，在實(shí)際應(yīng)用中取得了十分理想的效果。在脈沖袋式除塵器當(dāng)中，核心部分和技術(shù)關(guān)鍵就是清灰系統(tǒng)。在脈沖袋式除塵器當(dāng)中，氣包、脈沖閥、噴吹管、壓縮空氣系統(tǒng)等共同構(gòu)成清灰系統(tǒng)。在清灰過(guò)程中，利用連接高壓氣包的脈沖閥，能夠?qū)嚎s氣體在0.2s以內(nèi)向?yàn)V袋中噴入，并將5倍到7倍的二次氣流誘導(dǎo)出。通過(guò)二次氣流的膨脹和噴射氣流的沖擊，能夠迅速除去濾袋表面的積灰。

1 勻流噴吹管的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在勻流噴吹管的優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，利用數(shù)值模擬計(jì)算，能夠得出對(duì)噴口直徑進(jìn)行修正的流量分布，從而將噴口流量控制到基本相同。結(jié)合氣體動(dòng)力學(xué)理論，噴口質(zhì)量流量與噴口半徑、流量系數(shù)、當(dāng)?shù)氐目倻睾涂倝旱榷加兄苯拥年P(guān)系。如果，在噴吹管內(nèi)部，具有均勻分布的流場(chǎng)，可以假設(shè)流量系數(shù)、總壓、總溫等參數(shù)為固定值，從而可得出相應(yīng)的方程式。通過(guò)這些方程式，能夠?qū)ο鄳?yīng)的修正公式進(jìn)行推導(dǎo)得出[1]。在數(shù)值模擬計(jì)算噴吹管流場(chǎng)，并實(shí)際進(jìn)行噴口修正的過(guò)程中，首先結(jié)合原噴吹管的尺寸，對(duì)帶有“等”口徑噴口的噴吹管進(jìn)行3D模型的建立，同時(shí)網(wǎng)格劃分流場(chǎng)區(qū)域。然后對(duì)邊界條件進(jìn)行設(shè)定，然后數(shù)值模擬計(jì)算流場(chǎng)，對(duì)各個(gè)噴口的質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)算。如果，噴口的質(zhì)量流量都能夠滿足均勻程度的要求，就可對(duì)得出的噴口半徑分布進(jìn)行利用。而如果不能滿足均勻程度的要求，則應(yīng)當(dāng)結(jié)合之前計(jì)算得出的噴口流量值，對(duì)各個(gè)噴吹裝置的噴口半徑利用相應(yīng)的修正公式進(jìn)行修正。然后，結(jié)合新的噴口半徑，對(duì)3D模型進(jìn)行重新建立，和重新的網(wǎng)格劃分，再進(jìn)行上一步驟的計(jì)算，指導(dǎo)得出符合均勻程度要求的結(jié)果[2]。

2 噴吹管流場(chǎng)數(shù)值模擬

根據(jù)噴吹管的CAD圖紙，可對(duì)相應(yīng)的3D模型進(jìn)行建立。在噴吹管當(dāng)中，主要包括了15個(gè)噴口和主管道，高壓氣包通過(guò)脈沖電磁閥，連接了主管道的左端。對(duì)15個(gè)噴口進(jìn)行相應(yīng)的編號(hào)。在清灰過(guò)程中，氣包將高壓氣體通入左端入口，經(jīng)由脈沖電磁閥通入噴吹管。將電磁閥打開(kāi)100ms的時(shí)間。在分塊處理噴吹管模型之后，可將六面體采用cooper的方法生成。有8層貼體附面層網(wǎng)格生成在主管道壁面附近，網(wǎng)格的總數(shù)為60萬(wàn)。在噴吹管的入口位置，脈沖閥只保持了100ms的開(kāi)啟時(shí)間，因此，關(guān)內(nèi)具有非定常流動(dòng)的流場(chǎng)。對(duì)發(fā)展充分的流場(chǎng)，采用定常流動(dòng)計(jì)算，對(duì)50ms時(shí)間內(nèi)的瞬間流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬[3]。結(jié)合不同的氣包壓力，分別設(shè)定不同的進(jìn)口壓力條件。在實(shí)際計(jì)算中，采用了相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)決定進(jìn)口壓力。在噴吹管的入口位置，對(duì)壓力入口邊界條件進(jìn)行了應(yīng)用。在各個(gè)噴口位置，對(duì)壓力出口邊界條件進(jìn)行了應(yīng)用。將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓作為背壓，設(shè)定300K的溫度，將無(wú)滑移絕熱壁面設(shè)定為噴吹管壁面。利用中心插分有限體積法，在計(jì)算噴吹管流場(chǎng)數(shù)值的時(shí)候，對(duì)時(shí)均方程進(jìn)行求解，其中也包含了能量守恒方程。采用了標(biāo)準(zhǔn)模型的湍流模型，利用基于密度的隱式求解方法進(jìn)行實(shí)際計(jì)算。

3 勻流噴吹管的實(shí)際優(yōu)化

3.1 修改噴口初始半徑

結(jié)合試驗(yàn)所得噴吹管的尺寸，可對(duì)初始模型進(jìn)行建立。在特定壓力條件下，對(duì)各個(gè)噴口流量分布數(shù)據(jù)進(jìn)行流場(chǎng)模擬計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，能夠得知各個(gè)噴口之間具有較大的流量差別。距離氣包越近，就具有越小的質(zhì)量流量。最大值和最小值之間，相差超過(guò)了兩倍。根據(jù)前文提到的半徑修正方法，在經(jīng)過(guò)反復(fù)得到修正之后，也沒(méi)有得到理想的結(jié)果。及時(shí)將噴口截面修正到趨近于主管道截面積，也沒(méi)能夠?qū)⒘髁刻岣?。結(jié)合初始模型流程模擬計(jì)算的結(jié)果，對(duì)相應(yīng)的局部速度矢量圖進(jìn)行繪制[4]。從中能夠看出噴口左側(cè)的回流情況。這一情況主要是由于噴口截面積之和過(guò)大。如果將噴吹管看作一個(gè)噴管，噴口截面積之和已經(jīng)超出主管道界面截很多，因而具有了擴(kuò)張性的特點(diǎn)。對(duì)于亞音速流動(dòng)來(lái)說(shuō)，這種擴(kuò)張型噴管只具有增壓和減速的效果，因而會(huì)造成局部回流。對(duì)此，縮小了初始噴口的半徑，使噴口流量接近均勻。在后續(xù)計(jì)算中，將突臺(tái)去除，設(shè)定相同的噴吹管主管道前后口徑。再通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算證明，達(dá)到了理想的效果。由此可見(jiàn)，應(yīng)當(dāng)將噴吹管的主管道設(shè)定為統(tǒng)一的管徑。

3.2 迭代修正噴口半徑

噴口初始半徑選擇了10mm尺寸，利用相應(yīng)的修正公式對(duì)特定壓力條件下的噴口半徑進(jìn)行迭代修正，從而得出較為理想的結(jié)果。此時(shí)各個(gè)噴口只具有1%以內(nèi)的流量差別，在集中不同的壓力條件下，經(jīng)過(guò)迭代修正之后，從噴吹管模型的流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果中能夠看出，在這些不同壓力條件之下，各個(gè)噴口之間也縮減到了5%以內(nèi)的流量差別[5]。由于在各種不同情況下，噴口都能夠?qū)崿F(xiàn)較小的流量差別，因而實(shí)現(xiàn)了事先設(shè)定的計(jì)劃。通過(guò)以上計(jì)算分析，能夠得出最為理想的半徑分布，并且對(duì)相應(yīng)的二次曲線進(jìn)行擬合。根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，能夠得出噴吹管的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則。在噴吹管當(dāng)中，所有的噴口界面積之和不能超過(guò)主管道的截面積。因此，在設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以先計(jì)算噴口的數(shù)量，然后對(duì)最大平均半徑加以確定。按照從前到后的順序，噴口半徑根據(jù)二次函數(shù)規(guī)律發(fā)生遞減，從而得出均勻噴口流量分布?？衫玫拚椒ǖ贸鱿鄳?yīng)的二次函數(shù)規(guī)律。此外，在噴吹管的主管道，應(yīng)當(dāng)采用相同口徑的管。

4 結(jié)束語(yǔ)

脈沖袋式除塵器是一種十分重要的除塵器，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮出了十分良好的除塵效果。為了確保除塵器能夠更好的發(fā)揮作用，對(duì)其進(jìn)行清灰處理是十分重要的。對(duì)此，文章采取了數(shù)值模擬的方法，對(duì)噴口半徑進(jìn)行了優(yōu)化，從而在各種不同的壓力條件下，控制到了1%以下的噴口流量差別。同時(shí)，還采用了迭代修正的方法，優(yōu)化了噴吹管噴口半徑的設(shè)計(jì)，從而取得了十分理想的效果。

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