最新精编医学专题—脉冲袋式除尘器喷吹气流的数值模拟.docx

脉冲袋式除尘器喷吹气流的数值模拟袋式除尘器脉冲喷吹的清灰效果是影响设备运行阻力和滤袋使用寿命的主要因素之一.如图1所示含尘气体进入中箱体经滤袋过滤后洁净气体由上箱体出口排出.喷吹时压缩气体由喷嘴高速喷出诱导喷嘴周边的数倍气体在短时间内进入滤袋滤袋急剧膨胀、振动从而使附着在滤料表面的粉尘层剥落[122].目前有关脉冲喷吹气流及其性能参数优化研究的报道文献不多设计中对喷吹装置喷吹效果的判断大多是根据经验或者通过实物试验进行的[324].为了更好的了解喷吹气流与滤袋间的作用状况本文采用计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics简称CFD)方法使用Fluent软件对脉冲喷吹气流的压力分布进行了数值模拟对于滤袋清灰装置的优化设计具有重要的意义.1计算模型喷吹气流在滤袋内的流场非常复杂为了便于建立数值计算模型对滤袋内外流场进行如下简化:(1)以单条圆筒滤袋作为研究对象并将其内外气流假定为不可压缩流体;(2)在喷嘴出口处由于喷嘴直径远小于滤袋直径可以假定喷吹气流速度沿喷嘴径向均匀分布;(3)常温计算条件不涉及温度对流场的影响;(4)不考虑滤袋壁面的纵向位移;(5)喷吹气流在滤袋内的流场是三维流动问题喷吹气流沿滤袋长度方向的轴线是对称的可简化为二维问题.图2(a)为单条滤袋喷吹清灰的几何模型X为喷吹距离(喷嘴距袋口距离)L为滤袋长度喷嘴直径dD为计算区域宽度.将引射空间、滤袋内外空间作为计算区域.网格划分时沿袋口方向网格间距为D/20沿滤袋长度方向网格间距为L/10.而对于喷嘴出口部分因其对网格比较敏感在网格划分时进行了适当的加密以减小计算误差提高结算精度.图2(b)为计算区域的网格图以及喷嘴部分的网格细化图.图2单条滤袋计算区域Fig.2Calculatedsectionofsinglefilterbag2数值计算方法2.1控制微分方程脉冲喷吹气流的流动过程采用的控制方程如下:2.2边界条件与初始条件固体壁面包括上箱体壁面、喷管外壁、花板、袋底其边界条件采用壁面函数法[5].中箱体壁面采用恒压边界条件依据压力的大小确定出滤袋的外表面过滤气速.净气出口采用压力出口边界条件滤袋采用多孔跳跃边界条件.滤袋介质作为渗流壁其内部沿半径方向的流动方程由非稳态的Darcy公式确定[6].式中:v为气体通过袋壁的径向速度m/s;K为滤袋壁渗透系数取决于滤袋和粉尘层的几何结构和化学性质m2;μ为黏性系数Pa·s;p(t)为不同时刻的滤袋壁面压力值Pa;r为径向距离m.该流场的初始化是从恒压面开始初始化恒压面的压力采用中箱体的压力.脉冲喷吹是一个非稳态的过程非稳态湍流流场的计算采用SIMPLE算法[7].工程上压缩空气的喷吹时间一般设定在80～150ms之间在模拟计算时取100ms求解步长取4/1000s.3数值模拟结果3.1Φ160×6000滤袋的模拟滤袋的几何尺寸为直径Φ=160mm长度L=6000mm.喷吹时间T=100ms喷吹距离X=200mm喷嘴d=26mm.实验气包压力为0.4MPa实验采用的Goyen淹没式脉冲阀的阻力损失在0.06～0.07MPa之间[829]模拟时采用的压力为0.33MPa(数值模拟是从喷嘴处开始计算).由于该实验袋口部分采用了文丘里管故在模拟时也增加了文丘里管.数值模拟得出滤袋各点的峰值压力曲线如图3所示.图中同时给出了文献[10]在相同条件下的实验检测数据.由图3可以看出两条曲线基本吻合.在袋口0～0.3m处由于增加了文丘里管峰值压力较小且第二个测试点(0.3m处)的压力值有所减少;而后压力开始上升在滤袋1m处达到最大值;随着滤袋长度的增加压力值不断衰减;到滤袋中下部压力有所回升.在距袋口0～3m段两条曲线完全重合在滤袋中下游部分模拟值高于实测值.这一偏差主