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摘 要：為了提高旋風(fēng)除塵器的分離效率，利用 Ｒ SM 湍流模型構(gòu)建三維旋風(fēng)除塵器模型，研究了相對(duì)端面比對(duì)旋風(fēng)除塵器主要性能的影響 。 數(shù)值模擬結(jié)果表明，隨著相對(duì)端面比的減小，總壓和切向速度隨之降低，顆粒的停留時(shí)間縮短，因而提高了分離效率，為旋風(fēng)除塵器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考 。
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［ 5 ］ |
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為輸運(yùn)方程，可寫為 |
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－ － |
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（ ρ u' i u'j ） |
（ 1 ） |
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+ C ij = D ij － Pij + ij － εij |
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t |
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式中，
ρ
為空氣的密度，
kg /m
3
;
u'
下注
i
，
j
，
k
表示空
－ －
間坐標(biāo); u' i 和 u' j 為顆粒在 x 方向的速度平均值和脈動(dòng)值， m /s ; C ij 和 D ij 分別為對(duì)流項(xiàng) 、 湍流擴(kuò)散項(xiàng); P ij 為剪應(yīng)力產(chǎn)生項(xiàng); ij 為壓力應(yīng)變項(xiàng); ε ij 為粘性耗散項(xiàng) 。 1 ． 2 顆粒動(dòng)力場(chǎng)與顆粒本身的慣性力相比，顆粒在除塵器流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的浮力、壓力梯度力、附加質(zhì)量力以及重力等在量級(jí)上均很小，可忽略不計(jì)。因此，從牛頓_定律可以直接得出顆粒的運(yùn)動(dòng)方程:
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m p |
du p |
= F C + F D |
（ 2 ） |
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dt |
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j |
j |
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式中， m p 和 u p 分別為顆粒質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度， F C j 為顆粒之間 、 顆粒與壁面之間碰撞產(chǎn)生的力， F D j 為流
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體粘性作用在顆粒上的拖拽力，可寫為 |
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d 2 |
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F D |
= |
πρ p |
C D （ ug － up ） | ug － up | |
（ 3 ） |
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8 |
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j |
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式中， C D 為氣體 － 顆粒阻力系數(shù)， d p 為顆粒直徑， |
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u g ，up 分別為氣體和顆粒的速度。 |
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2 |
數(shù)值模型與計(jì)算 |
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2 ． 1 |
幾何模型 |
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所示， |
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本文選用的旋風(fēng)除塵器三維模型如圖 1 |
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除塵器高度 H = 760 mm，直徑 D0 = 190 mm，其中矩 |
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形部分為進(jìn)氣管道，進(jìn)氣管道高度 a = 95 mm，寬度 |
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b = 38 mm ; 大的圓柱部分為主筒體，高度 h = 285 |
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mm ，下部梯形圓臺(tái)部分為錐形灰斗，直徑 D c = 72 ． 5 |
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mm ; 上部的小圓柱為出氣管道，直徑 D |
= 64 mm ，其 |
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e |
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深入到主筒體內(nèi)部的高度 Ｒ = 95 mm，漏在外邊的 |
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高度 L = 55 mm。 |
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2 ． 2 |
網(wǎng)格劃分 |
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采用六面體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，分別選取 3 |
種網(wǎng)格 |
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數(shù)來(lái)計(jì)算 1 μm |
顆粒的分離效率，計(jì)算結(jié)果如表 1 |
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所示 。 可以看出，隨著網(wǎng)格數(shù)的遞增，分離效率相對(duì) |
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誤差逐步減小 。 為了_計(jì)算精度，本文選用 93 |
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216 個(gè)網(wǎng)格單元數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算 。 |
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表 1 |
旋風(fēng)除塵器網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證 |
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網(wǎng)格數(shù) |
分離效率 /% |
相對(duì)誤差 /% |
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78 765 |
59 ． 88 |
－ |
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85 941 |
62 ． 12 |
3 ． 74 |
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93 216 |
63 ． 54 |
2 ． 28 |
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2 ． 3 |
邊界條件 |
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出口采用流動(dòng)出口，固體壁面 、 其他壁面分別采 |
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用無(wú)滑移壁面和反射邊界，其他邊界條件設(shè)置見(jiàn)表 |
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2 。 |
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表 2 邊界條件設(shè)置 |
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邊界條件 |
設(shè)置 |
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入口 |
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速度入口 |
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排灰口 |
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捕集界面 |
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排氣口 |
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逃逸邊界 |
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（ 1） 旋風(fēng)除塵器內(nèi)部總壓沿半徑方向逐漸增大，其變化趨勢(shì)大于沿軸向的變化，隨著相對(duì)端面比
的減小，總壓不斷減小。
（ 2） 旋風(fēng)除塵器內(nèi)部切速度基本呈軸對(duì)稱分布，且隨著相對(duì)端面比的增大，切速度逐漸增大。
（ 3） 隨著相對(duì)端面比逐漸減少，顆粒在旋風(fēng)除塵器中旋轉(zhuǎn)圈數(shù)逐漸減少，逗留時(shí)間逐漸減少，顆粒
更易被捕集。
（ 4） 隨著相對(duì)端面比的增大，分離效率先急劇增大，而后逐漸減小，在相對(duì)端面比為 5 左右時(shí)分離效率達(dá)到_，這對(duì)旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)制造具有重要的指導(dǎo)意義。
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