除塵器內(nèi)部流場數(shù)值模擬

何 蘭，劉文杰

（蘇州大學 機電工程學院，江蘇 蘇州 215021）

除塵器內(nèi)部流場數(shù)值模擬

何 蘭，劉文杰

（蘇州大學 機電工程學院，江蘇 蘇州 215021）

文章介紹某除塵器內(nèi)部流場數(shù)值模擬分析，并診斷出流場分布不均勻的原因，提出優(yōu)化方案，使除塵器在實際應用中有更好的效果。

除塵器；氣流流場；數(shù)值模擬

1 除塵器結構形式

該除塵器由前端的重力沉降室和后端的袋式除塵器組合而成，兩者之間用隔板隔開。氣體從中間進入重力沉降室，預除塵后從箱體的兩側進入袋式除塵器，凈化后的氣體經(jīng)上箱體后從中部排出。袋式除塵器采用扁布袋，共14個處理單元，各處理單元之間不隔開；采用上下兩節(jié)組成的船型灰斗。

2 物理模型

為保證CFD分析結果的可靠性，按照除塵器的真實尺寸建立計算的物理模型。同時，考慮到計算過程的收斂性和計算機的實際性能，對除塵器的結構做如下簡化：①扁袋結構的簡化，忽略濾袋的轉角處；②忽略上箱體中氣包、脈沖閥和噴吹管對流場的影響；③對除塵器的所有內(nèi)部構件都做無壁厚處理；④本次CFD分析為單相流分析，不考慮顆粒相對氣流的影響；⑤該除塵器的結構左右對稱，為節(jié)省時間，取一側為計算區(qū)域。

3 邊界條件和網(wǎng)格劃分

此除塵器在常溫下工作，設入口氣體溫度為27℃。此溫度下，空氣的動力粘度μ=1.7894e-5Pa·s，密度為1.225kg/m3。采用湍流強度和水力直徑定義對出入口的湍流進行定義，分別采用速度入口、壓力出口。采用混合網(wǎng)格，總網(wǎng)格數(shù)量約為164萬；其中EquiSize Skew>0.7的網(wǎng)格單元4380個，占總網(wǎng)格數(shù)的0.27%，網(wǎng)格單元的最大EquiSize Skew值為0.88。

4 計算結果分析

（1）氣體流動跡線圖。由圖1可知，氣體進入除塵器后直接撞擊第一排濾袋前的擋板，在重力沉降室上下分別形成兩個大的漩渦。

圖1 氣體跡線圖

（2）各濾袋出口速度分布。圖2中過濾單元前端和后端的空白表示其速度大于2.5m/s。由圖2中的濾袋出口速度分布可知，前面過濾單元出口處的速度遠小于后面的。

圖2 各濾袋出口速度分布

（3）沿氣流方向各截面上速度分布如圖3所示。

圖3 沿氣流方向各截面上速度分布

（4）截面所在位置如圖4所示，箱體側面速度分布如圖5所示。由圖4、圖5可知原設計中，在前四個處理單元的進氣側加角鋼對濾袋進行防護是有必要的。可否考慮對后續(xù)各處理單元的下部也加角鋼進行保護。

圖4 截面所在位置示意圖

圖5 箱體側面速度分布

（5）扁袋的處理氣量對比。圖6中各濾袋的編號沿著氣流方向依次變大。從圖6可看出，各處理單元所處理的煙氣量是不均勻的。每個處理單元的平均處理氣量為從第二個單元開始各單元所處理的煙氣量逐漸變大，最后一個得單元的處理氣量明顯大于前幾個。

圖6 各扁袋處理氣量對比圖

5 初步結論

采用FLUENT軟件對除塵器的內(nèi)部流場進行模擬計算，對結果進行分析后可得到以下結論。

（1）煙氣進入除塵器后，以較高的速度撞擊前端的隔板，增加了壓降；并且產(chǎn)生較大的漩渦，影響粉塵的沉降。

（2）原設計方案中在1～4的處理單元兩側加設角鋼是很有必要的。由模擬結果可知，第5個處理單元下部的氣流速度也較大，是否可以也加設角鋼保護濾袋。

（3）各處理單元所處理的煙氣量沿著氣流方向依次增加，導致原方案中在箱體兩側所加的導流板可能達不到預計的作用，可考慮進行改進。

6 除塵器結構的優(yōu)化及其計算結果

（1）結構的優(yōu)化。根據(jù)初步模擬計算所得到的結論，對原除塵器的結構進行優(yōu)化。具體改進如下：①在箱體兩側第1、2、3處理單元的進氣煙道內(nèi)加圓弧形導流板。沿著氣流的運動方向導流板的半徑依次為150mm、100mm、50mm。②將除塵器入口管道向外移動244mm（即原插入深度的一半）。

（2）優(yōu)化后的計算結果。結構改變后除塵器出入口的靜壓差為2223Pa；原除塵器出入口靜壓差為2441Pa，由此可見，減少入口管道的插入深度能有效降低除塵器的壓降。圖7為對稱平面上的速度分布，與原除塵器的速度分布基本一致。加角鋼后，除塵器箱體側截面上速度分布于無角鋼時相比明顯下降。具體分布如圖8所示。圖9為加導流板前后各濾袋處理氣量的對比圖?？梢娂訉Я靼搴蟾鳛V袋處理的氣量各趨于均勻，但位于最后的幾個濾袋的處理氣量還是明顯大于其它濾袋。

圖7 結構改變后對稱面上速度分布

圖8 加角鋼后箱體一側截面上（y=510）的速度分布

圖9 加導流板前后各濾袋處理氣量對比分析圖

（3）最終結論。①在前四個處理單元加角鋼能有效的降低濾袋前的氣速，很好地保護濾袋；②減少進風管的插入深度將有效降低除塵器壓降；③前述所加的導流板能起到增加個濾袋處理氣量均勻性的目的。

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Internal Flow Field Numerical Simulation of Dust Catcher

HE Lan，LIU Wen-jie
（Mechanical and Electrical Engineering College，Suzhou University，Suzhou，Jiangsu 215021，China）

The article introduces the internal flow field numerical simulation of a dust catcher，and the cause of the uneven distribution of flow field，then puts forward optimized scheme to make dust catcher have a better effect in actual application.

dust catcher；air flow field；numerical simulation

X701.2

A

2095-980X（2016）10-0044-02

2016-09-05

何蘭，主要研究方向：機電工程。