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离心除尘风机收尘过程数值模拟分析与预测

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  • 发布时间:2014-11-26
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离心通风机是-种应用广泛的通用机械,25%以上的离心风机不可避免地要输送含尘气体 ,因此可以考虑利用风机叶轮产生的离心力进行气固两相分离而达到除尘的目的。离心除尘风机是对离心风机进行改造而成,集除尘、通风于-体,具有通用性强、结构紧凑和低功率消耗等优点 ,用在矿井,工业锅炉和化工流程等领域通风时的预除尘阶段,能有效减畜续除尘设备的体积,部分解决现有除尘设备体积较大,受矿井空间、工业厂房占地限制的问题。

离心除尘风机的研发尚处于初步阶段,在蜗壳上所开的出灰孔是将 固相颗粒与气体分离的必经通道,O.A.Troshkin等人研究的离心除尘风机对特定粉尘除尘效率可达70% ,但其在蜗壳上同时开多个出灰孔,孔与孔会相互影响,不能测试出蜗壳上哪些位置适合开孑L。邓广发 、郭宏伟 等人的实验同样不能评估出适合开孔的位置。潘海波等人仅对未经改造的原始风机进行了二维数值模拟 ,其模拟结果不能反映出粒子在三维空间内复杂的运动轨迹,并且没有对离心风机进行开出灰孔数值模拟,而至今尚未有人模拟原始风机被改造成有出灰孔的除尘风机后,颗粒在风机内部三维空间的运动情况。

为与郑娟 等人开发的流量 Q4000 m /h的复合式小型高效滤筒除尘器联用,选择常温设计参数为流量Q5000 m /h,全压P2900 Pa的5-51NO4.5A离心风机作研究对象,应用 Fluent软件对此风机进行三维气固两相流数值模拟,通过模拟不同粒径粉尘颗粒在原始风机蜗壳内的运动轨迹,初步推测在蜗壳上开出灰孔时的除尘规律,然后模拟包裹上除尘箱体,在蜗壳上开单个平口出灰孔且孔位置变化时的颗粒轨迹,对比开孔前后颗粒轨迹的异同,再结合对各单孔除尘效率模拟值的分析及已有研究,对推测进行论证并得出结论 ,从而给更合理的设计离心除尘风机提供依据与指导。

1 颗粒在原风机蜗壳内运动轨迹模拟1.1 模型建立使用 Gambit建立5-51型离心风机几何模型,将要收稿日期:2012-12-07基金项目:四川势学技术厅项目(11ZS2006)作者简介:李元祥(1985-),男,河南信阳人,硕士生,主要从事通风除尘及安全技术方面的研究,(E-mail)li yuan-xiang### 163.con30 四川理工学院学报(自然科学版) 2013年2月回流的粉尘和从该处叶轮流道流出的粉尘经过,在蜗舌附近位置开出灰孔不合理。

(3)来 自蜗壳上部的粉尘颗粒沿着螺旋线延伸方向前进 ,汇聚于蜗壳下部,可能在蜗壳下部开出灰孔较为合理。

(4)较多的粉尘颗粒离开风机时经过蜗壳螺旋线与风机出口外侧直线交汇处附近,具体位置如图3标号为7的开孔所示,在此处开出灰孔可能会取得较好的除尘效果。

(5)如果推测(2)、(3)、(4)正确 ,那么在蜗壳上只开-个出灰孔 ,并且当这个开孔的位置从蜗舌开始沿着蜗壳螺旋线延伸方向变化时,则此单孔的除尘效率应近似呈现依次增大的趋势。

为进-步确认推测结果的正确与否,对离心除尘风机进行单孔收尘数值模拟。

3号图3 电机侧蜗壳开子L示意图2 蜗壳上开单孔时颗粒运动轨迹模拟2.1 七个模型的建立如图3示意,在风机外部包裹上除尘箱体,根据相关文献以及上述原始风机模拟的结果,沿着蜗壳螺旋线90。~360。,采用国内文献中较为简单的直接开孔法,在不同位置布置7个等尺寸的出灰孑L,命名开孑L边界条件全部为 wal类型,然后划分网格,约用 570多万个网格。

将模型划分完毕后,导入 fluent中设置计算参数,并将 1号孔边界条件wal类型改为interior类型,让流体及颗粒通过,其他六个孑L不变,重新保存 eas以及dat文件。依次分别对2~7号孔重复 1号孔的作法,得到其余6个cas以及 dat文件,这样相当于等效的作出7个孔位置不同的单孔模型。因为这 7个模型均由-个初始模型生成,网格完全相同,有效避免了网格不同造成计算结果误差的可能。

2.2 计算结果及分析空气流场的计算结果表明,开单孔时风机的全压比未开孔时小 20~100 Pa,相较原风机2900 Pa的全压,可以忽略。邓广发、郭宏伟等人的实验表明离心风机蜗壳上所开的出灰孔基本不影响风机的风量与全压 ,郁惟昌 、刘春霞 等人研究表明后向离心风机无蜗壳时全压下降相对值为16%~29%,而本文在风机蜗壳上仅开- 个平口孔 ,对风机性能产生的影响理应较小,因此可以判断数值模拟的结果与实际相符。

定义颗粒逸出率:从风机出口流出的粉尘颗粒数与加入风机的颗粒数之比,则除尘效率可相应的定义 :逸出率。设置合适的计算步长,分别等量加入直径为20 m,50 txm,120 m单-粒径的球形粉尘颗粒,统计得出以上 7个模型对应的共 7个单孔的颗粒逸出率近似值,换算为除尘效率,用origin软件处理如图4所示。

褂校鲁图4 各单孑L除尘效率模拟值截泉6号孔且与图 1方位对应时的电机侧直径2O m、50 txm、120 Ixm粉尘颗粒运动轨迹如图5所示,开 3号孑L时风机进风侧直径 20 m颗粒轨迹如图 6所示。

由图5与图1对比可知,三种粒径的颗粒在风机蜗壳内的运动轨枷之未开孔前各 自无变化,这表明 1.2节的推测成立。由如图4知:直径20 m的粉尘颗粒各出灰孔除尘效率均不高,其中1~5号孔呈上升趋势,6、7号两开孔低于5号开孔,但高于1、2、3号开孔;直径50Ixm的颗粒各孔除尘效率呈较明显的依次上升趋势;直径 120 Ixm的颗粒各孔除尘效率也都不高,除 1号孔外,其余孔略高于直径 20 m的颗粒。这些与 1.2节的推测不完全-致,具体分析如下:如图5a与图6所示,直径 20 m的颗粒基本沿着蜗壳螺旋线运动,很容易通过出灰孔流人除尘箱体内,% 矾7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 l 1 32 四川R-Y-学院学报(自然科学版) 2013年2月(2)形貌相同的同种粉尘颗粒 ,粒径较大的除尘效率较高。

(3)当能有效抑制反向逸出”时,沿着蜗壳螺旋线位置变化着的单孔,其除尘效率近似呈依次增大的趋势。

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