何 蘭，劉文杰

（蘇州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)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(xué) 機(jī)電工程學(xué)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(shí)際應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jìn)入重力沉降室，預(yù)除塵后從箱體的兩側(cè)進(jìn)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(gè)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(jié)果的可靠性，按照除塵器的真實(shí)尺寸建立計(jì)算的物理模型。同時(shí)，考慮到計(jì)算過程的收斂性和計(jì)算機(jī)的實(shí)際性能，對除塵器的結(jié)構(gòu)做如下簡化：①扁袋結(jié)構(gòu)的簡化，忽略濾袋的轉(zhuǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)左右對稱，為節(jié)省時(shí)間，取一側(cè)為計(jì)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(shè)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(qiáng)度和水力直徑定義對出入口的湍流進(jìn)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(gè)，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(jì)算結(jié)果分析

（1）氣體流動跡線圖。由圖1可知，氣體進(jìn)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(gè)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(yuǎn)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(cè)面速度分布如圖5所示。由圖4、圖5可知原設(shè)計(jì)中，在前四個(gè)處理單元的進(jìn)氣側(cè)加角鋼對濾袋進(jìn)行防護(hù)是有必要的?？煞窨紤]對后續(xù)各處理單元的下部也加角鋼進(jìn)行保護(hù)。

圖4 截面所在位置示意圖

圖5 箱體側(cè)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(gè)處理單元的平均處理氣量為從第二個(gè)單元開始各單元所處理的煙氣量逐漸變大，最后一個(gè)得單元的處理氣量明顯大于前幾個(gè)。

圖6 各扁袋處理氣量對比圖

5 初步結(jié)論

采用FLUENT軟件對除塵器的內(nèi)部流場進(jìn)行模擬計(jì)算，對結(jié)果進(jìn)行分析后可得到以下結(jié)論。

（1）煙氣進(jìn)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(shè)計(jì)方案中在1～4的處理單元兩側(cè)加設(shè)角鋼是很有必要的。由模擬結(jié)果可知，第5個(gè)處理單元下部的氣流速度也較大，是否可以也加設(shè)角鋼保護(hù)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(dǎo)致原方案中在箱體兩側(cè)所加的導(dǎo)流板可能達(dá)不到預(yù)計(jì)的作用，可考慮進(jìn)行改進(jìn)。

6 除塵器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及其計(jì)算結(jié)果

（1）結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。根據(jù)初步模擬計(jì)算所得到的結(jié)論，對原除塵器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。具體改進(jìn)如下：①在箱體兩側(cè)第1、2、3處理單元的進(jìn)氣煙道內(nèi)加圓弧形導(dǎo)流板。沿著氣流的運(yùn)動方向?qū)Я靼宓陌霃揭来螢?50mm、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(jì)算結(jié)果。結(jié)構(gòu)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(cè)截面上速度分布于無角鋼時(shí)相比明顯下降。具體分布如圖8所示。圖9為加導(dǎo)流板前后各濾袋處理氣量的對比圖?？梢娂訉?dǎo)流板后各濾袋處理的氣量各趨于均勻，但位于最后的幾個(gè)濾袋的處理氣量還是明顯大于其它濾袋。

圖7 結(jié)構(gòu)改變后對稱面上速度分布

圖8 加角鋼后箱體一側(cè)截面上（y=510）的速度分布

圖9 加導(dǎo)流板前后各濾袋處理氣量對比分析圖

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

［1］郝吉明，馬廣大.大氣污染控制工程［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實(shí)例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

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［4］李思明，李彩亭，曾光明，等.新型濕法除塵除有害氣體斜板塔的流場分析［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2007，1（5）.

［5］李思明.新型濕法斜板塔德數(shù)值模擬［D］.長沙：湖南大學(xué)，2007.

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(jī)電工程。