文丘里管出口截面积对粉末流速的影响

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随着现代工业的迅速发展，文丘里管因其具有体积小，真空度高，产生真空快等优点，在化工、汽车、机械制造等行业中得到广泛地应用。文丘里管利用高压空气流从/J'L吹出的方式而产生吸附力并使被吸人物质被气源输送出去，该装置采用空气动力学原理，结构简单易操作。

1 文丘里管工作原理瀣 - 旦- 进口长度为 1，平直段长度为 ，扩展段长度为 2，出口直径为d3。文丘里管的工作原理可以用伯努利方程和连续方程来表达：伯努利方程 ： z常数 (1)Zg连续方程：·A常数 (2)式中，为流体流速，rids；g为重力加速度，rids ；P为流体压力，Pa；y为流体比重，M/n。；为流体势能，m；为过流截面，m 。

文丘里管的流量特征可用下式表示：(q2-pt)、/ 、/ 、/ (3)式中，q。为注入文丘里管的液体量，nd s；Q：为文丘里管流出流量，nd s；△日为文丘里管前后压差，m；△p为文丘里管前后压力损失，Pa；为与△日相对应的总阻力综合参数；P。为并联文丘里管的入口压力，Pa；p 为并联文丘里管的出口压力，Pa。

支管两端的压力损失 AH可用下式表达：AH∑ (4)收稿日期 ：2012-10-16作者简介：杨海波(1983-)，男 ，江苏淮安人，硕士，研究方向为：多相耦合喷涂设备的技术研究与开发。

7Equipment Manufacturing Technology No.1，201 3式中，∑ 为支管各处泡括文丘管)的总阻力系数；为通过支管各处的流量， S。

导出总阻力综合参数 K 及流速 、 ，，由式(2)、(3)、(4)可以推出：K2：-8Z /d4- (5)式中，d为喷管各处的直径，m。

又由式(2)、(3)可以推出：4、/ (6)I4/ d2 (7)式中，为通过文丘里管导出的液体流速，rd S；为通过文丘里管喉部的流速，m/S。

在文丘里管的喉部应用伯努利方程(1)得： -I Ah Ah。Py3 (8)式中，P3为文丘里管的喉部压力，pa；△ 为文丘里管逐步缩小的压力损失，m；△ 为压力表(1)与文丘里管前端之间的压力损失，m。

由 (3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)可以推出 与△Jp、 、Q。以及文丘里管结构性能参数( 、C，、C、 、d，)之间的函数关系式：P3：f 争-争1 1(Q2QJ) 7P4 I J - (9)式中，c 为与 △ 相对应的前倾角阻力系数；C为与 △ 相对的阻力系数。

根据以上推导，理论上可得出如下结论：(1)文丘里管喉部压力 与前后压力差 △P成线性关系，即与 (Q -Q。) 成线性关系；(2)文丘里管喉部压力B与流量平方成线性关系。

2 数值模拟2.1采用模型 -湍流模型本文采用 k-8标准的模型，湍流粘度 u1pC。 对不可压缩流体 ，k和 的方程分别定义为 ：8 毒 uU'l ok.]Gko"k a a d IOt Ox：啬Ox k p k 7 J其中G t2[( ) ( ) (誓 2等 )(誓 )(誓 )，以上常数分别为：C 1.44，C 1.9，cu0.09， 1.0， 。1.32.2基本假设数值模拟所使用的文丘里管结构如图 1所示，本文对基于该结构文丘里管中的流厨行模拟，人 口空气压力为O.4 MPa，吸人口吸人物体为粉末(玻璃微球)并且假设流场为稳定的无温差存在的流场；在测量段人口处，气固两相流动已是充分发展的湍流，人口处颗粒的径向速度为零，且颗粒在气体中均匀分布；颗粒为大轩匀，具有同-直径d的球体，不考虑形状带来的影响。边界条件的设定如下：(1)入口条件轴向速度：、0 、026 rids径向速度：V 、o0 m/s气相的湍能：k00.005.0湍能耗散率：s0Co.Ts.k0/0.014(2)出口条件气相：0(咖U，V，K，s)颗粒相： 0(机 Up，Vp，KP，sP)2.3模拟结果使用基于有限元流体力学软件FLUENT进行模拟计算。采用不同出口直径(d3)1表 l进行数值模拟分析。由于轴对称性，只需要选取文丘里管轴向截面的-半作为研究对象。计算采用的网格为非结构化网格。数值模拟得到的文丘里管粉末速度流场的示意图，如图 2所示。在出口压力-定的情况下，对不同出口直径的文丘里管机构分别做数值模拟分析。

《装备制造技术)20ls年第 1期从图 2中可流速在增大以看出随着出口截面积的增大，粉末的 采用测量重量的方法得到粉体的流速，在入口气压，也就是说文丘里管的吸附力在增大。当 和出口截面积-定的情况下，测量出单位时间内流出1：3截面积增大到-定时，粉末的流速就不会增加 出粉末的重量，从而推算出粉末流速的大小，图4是反而会略有减校从图2可以得到不同出口截面积 实验得到的出1：3直径与粉末流速的关系曲线。

表 1 不同出口结构尺寸结构尺寸 d1(mil1) d2(1lm) d3(ibm) L1(mm) L2(mm) al(。) a2(。)l 20 4 4 30 70 l8 l52 20 4 6 30 70 18 153 20 4 8 30 70 18 l54 20 4 l2 30 70 l8 155 20 4 14 30 70 18 l5Jt e ，。9.5O r. 7L。 . #m 6l图2 数值模拟文丘里管粉末速度流场的示意图图 3 数值模拟粉末流速的曲线图3 实验分析d(mm) ；寸- 寸 斗～十 十- ； 十 ：稿 ： -十--- -F--4 . 0--- ， ；/-：≥ -图 4 实验得到粉末流速曲线图d(mm)在实际实验中，采用不同的出口结构，如表 1所示，人口气体速度 26 m/s，人口气压为0.4 MPa，颗粒的密度为 1 350 kg/m3，平均粒径为 90 um。试验4 结束语通过对文丘里管内的不同出口截面积粉末流速的数值模拟和实验研究，可以得出以下结论：(1)在入口压力-定时，粉末流速随着出口截面积的增大而增大，当出口大于 12 mm时粉末流速会略微有所下降；(2)由图3、4可以看出数值模拟和实际实验结果基本-致 ，同时也可以看出在出口直径 ≤l2 mm时，粉末流速与直径基本是线性关系；(3)在直径<--6 mm时，由于实际上颗粒不形，粒径不均匀，表面粗糙，相互之间存在碰撞，粉体流速变化比较大。