（热能工程专业论文）受限空间剪切射流的流场特性研究.pdf

东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：神塞吁 日期：如多年2 月勰日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密z 指导教师签名：寸寺i d 矿 日期：沙i 拜工月砑日 受限空间剪切射流的流场特性研究 摘要 所谓湍流的“拟序结构? 或“相干结构”，它是指在切变湍流中 不规则地触发一种有序运动，其起始时刻和位置不确定，但一经触发， 就以某种确定的顺序发展特定的运动状态。本文依托于国家高技术研 究发展计划项目“基于干法联合脱除难捕集燃煤可吸入颗粒物及重金 属关键技术研究”，在课题研究小组的研究平台上，研究了受限空间 圆湍剪切射流的流动机理，同心剪切射流在受限空间的流动特性和不 同口型同心剪切射流在受限空间卷吸特性得出了如下结论： 剪切射流的不稳定性过程可分为3 个阶段：即增长阶段、失稳阶 段和混合阶段。首先由于k e l v i n - h e l m h o l t z 不稳定性作用，诱发了 上下剪切层同时卷起一对上下对称并旋转方向相反的旋涡；随着涡流 的不断前进，上下旋转方向相反的一对旋涡在彼此间的相互作用，在 涡流轨迹发展的中部出现不稳定的交错排列旋涡，逐渐长大并影响到 了后续涡的形成和排列；随着上下旋转方向相反的涡对之间相互作用 而不断远离中线，最后到达相对稳定的发展阶段。在此阶段以后，重 新生成了类似卡门涡街的更大尺寸的旋转方向相反的上下交错排列 的旋涡。可以看到，大涡的生成、合并和对小涡的吞并以及相反旋转 方向的大涡之间相互作用，它们引起大涡远离射流中线的运动是射流 流场变厚的主要原因。 在工程应用领域，脉冲袋式除尘器在除尘领域得到非常广泛的应 用，尽管清灰技术越来越成熟，但关键问题还是清灰不善导致滤袋的 再生能力差，烟尘覆盖或渗透进入滤袋纤维层中难以清除，造成滤袋 的过滤性能急剧下降，系统运行阻力过大，影响系统的安全、正常运 行。袋式除尘器清灰技术对系统的优化设计及保证滤料使用寿命之间 的关系十分紧密，因此，研究脉冲喷吹清灰机理至关重要。作者提出 了射流拟序结构所产生的漩涡及压力是清灰原动力的清灰概念，即射 流在受限空间产生大涡拟序结构，在涡的产生、配对、合并、破碎及 重组的过程。同心剪切射流连续不规律地产生不同压力区，甚至产生 负压区。这些不同压力区是由受限近壁区的涡旋呈现和作用的，涡在 不断向前传递和变化，使得滤袋近壁区同一个位置在不同时刻所受到 的力不断变化，从而分析出滤袋振动所产生反向加速度的动力来源是 涡不断传递的过程，从本质上分析出脉冲袋式除尘器的清灰机理。同 心剪切射流所具有的优良特性正好符合脉冲袋式除尘器的清灰要求， 能够保护同心射流中的中心射流，合理调节主体射流的作用长度。达 到相同的射流作用半径，同心剪切射流需要更少的时间，并且同心剪 切射流主射流区中心射流长度更加长。 在脉冲袋式除尘器管式喷吹清灰过程中，诱导袋口上部的空气与 清灰压缩空气共同进入滤袋内，通过调整喷吹参数使滤袋侧壁沿长度 方向压力正峰值和压力正峰值到达时间合理分布，根据这两个因素来 研究脉冲清灰效果，进而达到清灰的目的。如果反吹清灰设计不合理， 反吹风量和二次诱导风总量不够，则达不到清灰效果；如果反吹风量 过大会造成压缩机能量浪费。因此，射流的卷吸特性直接制约着袋式 i i 除尘器管式脉冲喷吹的清灰效果。文中作者在喷吹相同质量流量空气 的前提条件下，通过对剪切射流脉冲喷吹口与传统单喷吹口卷吸特性 ( 即卷吸量和滤袋内表面速度与压力) 的对比分析，可以得出剪切射 流喷吹口比传统单喷吹口在脉冲喷吹时卷吸更多的空气，提高了袋式 除尘器的清灰效率。当中心射流喷吹口管的长度比周围射流喷吹口管 长时，此时卷吸气体质量流量将会增加，同时也增加了滤袋内部的压 力，而从滤袋边壁返流回洁净室的气流速度相对增加不大；而当中心 射流喷吹管的长度比周围射流喷吹口管短时，此时卷吸的空气量减 少，同时滤袋内部的压力也相应降低。在相同质量流量压缩空气的前 提下，剪切射流比单射流卷吸更多的空气量进入滤袋，其中中伸剪切 射流卷吸量最多，其卷吸率为8 1 7 4 ；由于中伸剪切流能够卷吸更多 的空气，同时增大了滤袋内部的压力，而滤袋边壁返流的气流速度相 应增加不大，故中伸式脉冲喷口在袋式除尘器的清灰作用更显著。 关键词：剪切射流拟序结构清灰机理卷吸大涡模拟 i l l s t u d yo nf l o wf 皿l dc h a ra c t e r i s t i c so f s h e a rj e ti nc o n f d 哑ds p a c e a b s t r a c t s o - c a l l e d c o h e r e n ts t r u c t u r e s ”o ft h et u r b u l e n c e ，i ti st h a ts h e a r i n gt u r b u l e n c ei r r e g u l a r l y t r i g g e r s a l lo r d e r e dm o v e m e n t , u n c e r t a i ns t a r t i n gt i m ea n dl o c a t i o n b u to n c et r i g g e r e d , i ta p a r t i c u l a rd e v e l o p m e n ts t a l eo fm o t i o ni ns o m e h o wc e r t a i ns e q u e n c e t h i sa r t i c l ei sr e l i e do nt h e n a t i o n a lh i g ht e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o g r a m ”t h ek e yt e c h n o l o g i e sr e s e a r c ho f j o i n t l yr e m o v a l l i n gr e s p i r a b l ep a r t i c u l m em a t t e ra n dh e a v ym e t a l so fd i f f i c u l tc a p t u r ec o a lb a s e d o nt h ed r ym e t h o d ”i nt h ep l a t f o r mo ft h es u b j e c tr e s e a r c ht e a m , i th a ss t u d i e st h ef l o w m e c h a n i s mo fr o u n dt u r b u l e n ts h e a rj e ti nc o n f i n e ds p a c e ，t h ef l o wc h a r a c t e r i s t i c so fc o n c e n t r i c s h e a rj e ti nt h el i m i t e ds p a c ea n dt h ee n t r a i n m e n tp r o p e r t i e so fd i f f e r e n tm o u t hc o n c e n t r i cs h e a rj e t i nt h ec o n f i n e ds p a c e a n di tc o m e st ot h ef o l l o w i n gc o n c l m i o m ： t h ei n s t a b i l i t yp r o c e s so fs h e a f i n gj e tc a nb ed i v i d e di n t ot h r e ep h a s e s ：g r o w t hs t a g e ， i n s t a b i l i t ys t a g ea n dm i x e ds t a g e f i r s ld u et ot h ek e l v i n - h e l m h o l t zi n s t a b i l i t yi ti n d u c e st h e u p p e ra n dl o w e rs h e a rl a y e ra n ds i m u l t a n e o u s l yr o l l e dap a i ro fv o r t e xo fu p p e ra n dl o w e r s y m m e t r ya n dc o n t r a r yr o t a t i o nd i r e c t i o n ；w i t ht h ee d d yt oc o n t i n u em o v i n gf o r w a r d , t h eu pa n d d o w nr o t a t i o na n do p p o s i t ed i r e c t i o nv o r t e xa p p e a r su n s t a b l es t a g g e r e di nt h em i d d l eo ft r a j e c t o r y d e v e l o p m e n tt h ee d d yb yt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e ne a c ho t h e ra n dg r a d u a l l yg r o wa n da f f e c tt h e f o r m a t i o na n da r r a r t g e m e mo fs u b s e q u e n tv o r t e x ；w i t ht h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ev o r t e xo fu p p e r a n dl o w e rr o t a t i o na n do p p o s i t ed i r e c t i o n ，i ti s c o n s t a n t l ya w a yf r o mt h em i d l i n ea n df i n a l l y r e a c h e sar e l a t i v e l ys t a b l es t a g eo fd e v e l o p m e n t a f t e rt h i ss t a g e ，i tr e g e n e r a t e st h el a r g e rs i z e v o r t e ks i m i l a rt ot h ek a r m a ns t r e e t , o fo p p o s i t ed i r e c t i o no fr o t a t i o na n du pa n dd o w ns t a g g e r e d i tc a nb es e e nt h a tt h eg e n e r a t i o n , m e r g e ra n da n n e x a t i o nt os m a l lv o r t i c e so fl a r g e - e d d y , a n d i n t e r a c t i o n sb e t w e e nl a r g ee d d i e so fo p p o s i t ed i r e c t i o no fr o t a t i o nc a u s et h em o v e m e n to fl a r g e e d d ya w a yf r o mt h ej e tc e n t e rl i n e ，w h i c hi st h em a i nr e a s o nf o rt h i c k e n i n gt h ej e tf l o wf i e l d i nt h ef i e l do fe n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n s ，p u l s ej e tb a gf i l t e rh a sb e e nav e r yw i d er a n g eo f a p p l i c a t i o n st od u s tc l e a n i n g a l t h o u g hc l e a n i n gt e c h n o l o g yi sm o r em a t u r e ，t h ek e yi s s u ei s c l e a n i n gm i s m a n a g e m e n tl e a d st op o o r l yr e g e n e r a t i v ec a p a c i t yo ft h ef i l t e rb a g , d u s tc o v e r i n go r s a t u r a t i n gi n t ot h ef i l t e rb a g - f i b e rl a y e rw h i c hi sd i f f i c u l tt or e m o v e , c a u s et h ef i l t r a t i o n p e r f o r m a n c eo ff i l t e rb a gi nas h a r pd e c l i n ea n dt h es y s t e mr u n n i n gi nt o om u c hr e s i s t a n c e ，a f f e c t t h es a f e t ya n dn o r m a lo p e r a t i o no ft h es y s t e m t h eb a g - h o u s es o o tc l e a n i n gt e c h n o l o g yh a sav e r y c l o s e l yr e l a t i o n s h i pw i t ho p t i m a ld e s i g no ft h es y s t e ma n de n s u r i n gt h ef i l t e rs e r v i c el i f e t h e r e f o r e ，i ti sc r i t i c a lt os t u d yp u l s ej e tc l e a n i n gm e c h a n i s m t h ea u t h o rp r o p o s e st h es o o t c l e a n i n gc o n c e p tt h a tt h ew h i r l p o o la n dp r e s s u r ec a u s e db yaj e tc o n t e m p l a t e dc o n t i n u e ds t r u c t u r e i st h es o o tc l e a n i n gd r i v i n gf o r c e ，t h a ti s ，j e tp r o d u c e sl a r g ee d d yc o h e r e n ts t r u c t u r e si nc o n f i n e d s p a c e si nt h ep r o c e s so ft h ev o r t e xg e n e r a t i n g , p a i r i n g , m e r g i n g , c r u s h i n ga n dr e s t r u c t u r i n g c o n c e n t r i cs h e a rj e tc o n t i n u o u s l ya n di r r e g u l a r l yp r o d u c e sd i f f e r e n tp r e s s u r ez o n e s ，a n de v e n g e n e r a t e sn e g a t i v ep r e s s u r ez o n e s t h e s ed i f f e r e n tp r e s s u r ez o n e sa r ep r e s e n t e da n da f f e c t e db y r e s t r i c t e dn e a rt h ew a l l ，v o r t e xi nc o n s t a n tf o r w a r dt r a n s f e r r i n ga n dc h a n g i n g , m a k et h es a m e l o c a t i o no f t h ef i l t e rb a gn e a rt h ew a l la td i f f e r e n tt i m e sb yc h a n g i n gf o r c e ，a n dw ec a na n a l y z et h e p o w e rs o t l r c eo fr e v e r s ea c c e l e r a t i o ng e n e r a t e db yf i l t e rb a gv i b r a t i o ni st h ep r o c e s sv o r t e x c o n t i n u o u s l yp a s s i n g , t h e ni nn a t u r ec o n c l u d et h es o o tc l e a n i n gm e c h a n i s mo fp u l s ej e tb a gf i l t e r t h ee x c e l l e n tc h a r a c t e r i s t i c so fc o n c e n t r i cs h e a rj e tf i tt h es o o tc l e a n i n gr e q u i r e m e n to fp u l s ej e t b a gf i l t e r , c a np r o t e c tt h ec e n t e rj e to fc o n c e n t r i cj e ta n dr e a s o n a b l ya d j u s tt h ea c t i o nl e n g t ho f m a i nj e t t oa c h i e v et h es a m ej e ta c t i o nr a d i u s ，c o n c e n t r i cs h e a rj e tt a k e sl e s st i m ea n dt h ec e n t e r j e tl e n g t ho f c o n c e n t r i cs h e a rj e tm a i nj e ti sm u c hl o n g e l i nt h et u b u l a rb l o w i n ga s hr e m o v a lp r o c e s so f p u l s ej e tb a gf i l t e r , i ti n d u c e st h eu p p e ra i ro f p o c k e ta n ds o o tc l e a n i n gc o m p r e s s e da i rt oj o i n t l ye n t e ri n s i d et h eb a g ；m a k e sf i l t e rb a gs i d e w a l l a l o n gt h el e n g t hd i r e c t i o no ft h ep r e s s u r ep o s i t i v ep e a ka n dr e a s o n a b l ed i s t r i b u t i o no fp r e s s u r e p o s i t i v ep e a ka r r i v a lt i m eb ya d j u s t i n gt h ei n j e c t i o np a r a m e t e r s a c c o r d i n gt ot h e s et w of a c t o r st o s t u d yo nt h ee f f e c to fp u l s ec l e a n i n g , i tc a r a c h i e v et h ep u r p o s eo fd u s tc l e a n i n g i ft h ed e s i g no f b l o w b a c kd u s tc l e a n i n gi su n r e a s o n a b l ea n dt o t a lv o l u m eo fb l o w b a c kw i n da n ds e c o n d a r y i n d u c t i o nw i n di sn o te n o u g l ! 】，i tc a n tr e a c ht h ec l e a n i n ge f f e c t ；i ft h eb l o w b a c kw i n di st o ol a r g e , i tw i l lc a l l s et h ew a s t eo fc o m p r e s s o re n e r g y t h e r e f o r e ，t h ee n t r a i n m e n t sp r o p e r t i e so f j e td i r e c t l y r e s t r i c tt h ec l e a n i n ge f f e c to ft h ep u l s ej e tb a gf i l t e r i nt h et e x t , u n d e rt h ep r e r e q u i s i t eo fb l o w i n g t h es a m em a s sa n df l o wr a t eo fa i r , t h r o u g ht h ec o m p a r a t i v ea n a l y s i so fe n t r a i n m e n tc h a r a c t e r i s t i c s o fs h e a rj e tp u l s ej e tp o r ta n dt h et r a d i t i o n a ls i n g l e 蝎e c t i o np o r t ( i e ，t h ea m o u n to fe n t r a i n m e n t a n ds u r f a c ev e l o c i t ya n dp r e s s u r ei n s i d et h eb a g ) i tc a nb eo b t a i n e ds h e a rj e ti n j e c t i o np o r tc a n e n t r a i n m e n tm o r ea i rt h a nt h et r a d i t i o n a ls i n g l ei n j e c t i o nn o z z l ew h e np u l s ej e t , a n di m p r o v et h e d u s tc l e a n i n ge f f i c i e n c yo ft h eb a g - h o u s e w h e nt h en o z z l e sl e n g t ho ft h ec e n t r a lj e tb l o wp o r ti s m o r et h a nt h es u r r o u n d i n g j e ti n j e c t i o nb l o wm o u t ht u b e ，i tw i l li n c r e a s et h em a s sa n df l o wr a t eo f t h eg a se n t r a i n m e n t , a n da l s oi n c r e a s et h ep r e s s u r ei n s i d et h eb a gi nt h em e a n t i m e ，b u tt h ev e l o c i t y o fr e f l u xf r o mt h eb a gs i d ew a l lb a c kt ot h ec l e a nr o o mi sr e l a t i v e l ys m a l li n c r e a s e d ；w h i l et h e v l e n g t ho ft h eb l o w i n gt u b eo ft h ec e n t r a lj e ti n l e tp i p ei ss h o r t e rt h a nt h es u r r o u n d i n gj e ti n j e c t i o n b l o wm o u t hn l b e i td e c r e a s e st h ea m o u n to fa i re n t r a i n m e n t , w h i l et h eb a gi n t e r n a lp r e s s u r ei s a l s or e d u c e da c c o r d i n g l y u n d e rt h ep r e m i s eo f t h es a m em a s sa n df l o wr a t eo f c o m p r e s s e da i r , t h e s h e a rj e ts u c k sa i ri n t ot h eb a gm o r et h a nt h es i n g l e - j e t , i nw h i c ht h em o s te n t r a i n m e n tv o l u m ei s s h i n y as h e a rj e t , t h ee n t r a i n m e n tr a t eo f8 17 4 ；a si n j e c t i o np i p eo fc e n t r a lj u t t i n gs h e a rf l o wc a n g e tm o r ea i re n t r a i n m e n t , w h i l ei n c r e a s i n gt h ei n t e r n a lp r e s s u r eo ft h ef i l t e rb a ga n d ，t h ea i r r e g u r g i t a t i o nv e l o c i t yi nf i l t e rb a gs i d ew a l lc o r r e s p o n d i n g l yi n c r e a s e sal i t t l e ，t h ed u s tc l e a n i n g r o l eo fe x t e n d e dp u l s ev e n t si nt h eb a gf i l t e ri sm o r es i g n i f i c a n t k e yw o r d s ：s h e a rj e t ，c o h e r e n ts t r u c t u r e , c l e a n i n gm e c h a n i s m ，e n t r a i n m e n t ，l a r g ee d d y s i m u l a t i o n v i 目录 受限空间剪切射流的流场特性研究i 摘要i a b s t r a c t 一i v 目录v i i 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 袋式除尘器的清灰基本理论2 1 2 1 三种常见的清灰方式3 1 2 2 涡致振动原理4 1 3 半受限射流5 1 3 1 三种初级拟序结构6 1 3 2 双射流与同心射流的研究现状7 1 4 课题的研究内容和意义8 1 4 1 清灰存在的问题8 1 4 2 课题意义1 0 1 4 3 研究内容1 l 第二章剪切射流清灰的数值模拟方法1 3 2 1c f d 模拟方法1 3 2 1 1c f d 的实现过程1 3 2 1 2 数值离散方法1 4 2 1 3 湍流数值模拟理论15 2 2 湍流大涡模拟方法1 6 2 2 1 湍流大涡模拟的基本方法16 2 2 2 亚格子涡粘和涡扩散模型l8 2 2 3s m a g o rin s k y 模型19 2 3 湍流彭一占两方程模型2 1 2 3 1 数学控制方程一2 1 2 3 2 标准彭一占模型的适用性2 3 2 3 3k - 两方程模型的应用2 4 第三章受限空间圆湍剪切射流的演化规律研究2 5 3 1 湍流拟序结构的研究现状2 5 v i i 3 2 模型建立及网格尺度2 7 3 3 初始、边界条件及流动参数2 9 3 4 模拟结果与对比验证3 0 3 4 1 受限剪切射流拟序结构的演化过程3 0 3 4 。2 模型验证3 5 3 5 受限空间剪切射流流场特性3 6 3 5 1 喷口处卷吸诱导分析3 6 3 5 2 受限空间近壁面形成的涡结构3 7 3 5 3 截面的压力分布山峰图3 9 3 6 小结4 2 第四章同心剪切射流在受限空间的流动特性4 5 4 1 引言4 5 4 2 模型及网格划分一4 5 4 3 边界条件及流动参数设置4 6 4 4 模拟结果与分析4 8 4 4 1 同心剪切射流在受限空间的流动特性分析4 8 4 4 2 涡致振动5 1 4 4 3 同心剪切射流的卷吸特点5 3 4 4 4 同心剪切射流的清灰优势5 5 4 5 ，j 、结5 6 第五章 不同口型同心剪切射流在受限空间卷吸特性研究5 9 5 1 引言5 9 5 2 卷吸模型描述6 0 5 3 同心剪切射流卷吸量测试装置6 1 5 4 数值计算6 2 5 4 1 网格划分及网格生成6 2 5 4 2 物理模型的简化6 4 5 4 3 边界条件和初始化条件6 4 5 5 结果与讨论6 5 5 5 1 不同喷吹口喷吹量与卷吸量对比分析6 5 5 5 2 不同喷吹口喷吹时滤袋内表面速度、压力的对比分析6 6 5 6 结论6 7 第六章结论与展望6 9 6 1 结论6 9 6 2 展望7 0 v i i i 参考文献7 1 攻读硕士学位期间研究成果一7 5 致谢7 6 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 作为高效实用的除尘设备，袋式除尘器在工业生产、节能减排、大气污染控 制中发挥着举足轻重的作用。袋式除尘器可以获得极低的颗粒物排放浓度，有效 控制影响大气质量和人体健康的微细粒子，去除有害气体；袋式除尘器是许多工 业物料的回收设备，还是一些新能源开发和节能工程中的配套设备；袋式除尘器 能够适应多种复杂条件而获得稳定的运行效果。近几十年来，我国大气污染物排 放标准不断修订，排放限值显著降低，污染物排放量大幅度削减，袋式除尘技术 的进步是重要原因之一。 除尘器行业属于政策推动型行业，国家环保标准的制定、修订对行业发展起 到直接的促进作用。随着我国大气污染的日益严重，国家陆续修订了各行业的排 放标准。与欧美现行大气污染物5 - 5 0 m g n m 3 的排放标准相比，我国大气污染物 排放标准还是较为宽松，国家也正着手进一步严格各行业的排放标准，如即将执 行的新火电厂大气污染物排放标准中，排放浓度最高限值将从原来的 5 0 m g n m 3 提升到3 0 m g n m 3 ，其他行业大气污染物排放标准的修订也将陆续展 开。 在工程应用领域，脉冲袋式除尘器在除尘领域得到非常广泛的应用，尽管清 灰技术越来越成熟，但关键问题还是清灰不善导致滤袋的再生能力差，烟尘覆盖 或渗透进入滤袋纤维层中难以清除，造成滤袋的过滤性能急剧下降，系统运行阻 力过大，影响系统的安全、正常运行。袋式除尘器清灰技术对系统的优化设计及 保证滤料使用寿命之间的关系十分紧密，因此，研究脉冲喷吹清灰机理至关重要。 早在1 9 世纪8 0 年代，袋式除尘器开始应用于生产实践中。1 8 8 1 年德国贝特l l j 工厂生产了最早的采用机械振打清灰方式的袋式除尘器，机械振动清灰是利用传 动装置振打或摇动悬吊滤袋的框架，使滤袋产生振动而清灰的方法。1 9 2 0 年开 始出现反吹气流清灰方式的袋式除尘器，反吹清灰是依靠逆向气流作用，迫使滤 袋变形造成粉末层脱落达到清灰目的，进而出现了反吹风和机械振动二者相结合 的清灰技术【2 1 。1 9 5 4 年海塞【3 】( h ，j ，h e r s e y ) 发明了逆喷吹气环清灰技术，首次 实现了连续在线清灰操作。1 9 5 7 年雷英纳尔【4 j ( t v r e i n a u e r ) 发明了脉冲清灰 技术，滤袋的压力损失更趋于稳定，处理气量进一步增大，这被认为是袋式除尘 技术的一次革命。在2 0 世纪6 0 年代我国淘汰了前苏联整机引进的机械振动加反 第一章绪论 吹风袋式除尘器，脉冲喷吹袋式除尘器发展至8 0 年代末，其品种、规格和技术 水平己接近世界先进水平，到9 0 年代中期，我国袋式除尘器技术的发展主要体 现在滤料和清灰系统的技术发展上。尽管很多文献讨论并支持反向加速度是粉尘 从滤袋上脱落的直接原因，但并未深入讨论反向加速度产生的本质来源，作者在 前入研究的基础上发现了射流拟序结构所产生的漩涡及压力是清灰原动力，即射 流在受限空间产生大涡拟序结构，在涡的产生、配对、合并、破碎及重组的过程。 同心剪切射流连续不规律地产生不同压力区，甚至产生负压区。这些不同压力区 是由受限近壁区的涡旋呈现和作用的，涡在不断向前传递和变化，使得滤袋近壁 区同一个位置在不同时刻所受到的力不断变化，从而分析出滤袋振动所产生反向 加速度的动力来源是涡不断传递的过程，从本质上分析出脉冲袋式除尘器的清灰 机理。随着不断引进国外脉冲喷吹技术，以及国内开发研究脉冲除尘器进行技术 转化等，促使脉冲除尘器推广、应用日益广泛，各种形式的脉冲除尘器在很多行 业的应用量也越来越大。 清灰的基本要求是从滤袋上迅速而均匀地剥落沉积的粉尘层，同时又要保持 一定的粉尘初层，并且不损伤滤袋。袋式除尘器清灰不善将导致滤袋的再生能力 差，短期内糊袋的现象。滤袋上的粉尘层不被清除，会造成系统运行阻力过大； 但若清灰强度过大，会使滤袋在短时间内被破坏。清灰技术关系到袋式除尘器长 期运行情况，袋式除尘器的除尘效率、压力损失、滤袋寿命和除尘器的运行经济 效益等各项指标皆与清灰方式有关，故清灰方式是袋式除尘器分类的主要标志。 清灰技术和清灰机理的研究对袋式除尘器的优化设计、保证滤袋使用寿命具有重 要意义。因此，清灰效果是判断袋式除尘器性能优劣的决定性因素，清灰技术是 袋式除尘得以有效运行的关键技术，而清灰机理的研究更是清灰技术得以发展的 有利保证。 1 2 袋式除尘器的清灰基本理论 连续工作的袋式除尘器要求过滤和清灰交替进行，在袋式除尘器的使用过程 中，清灰效果的好坏影响滤袋的稳定运行。常见的清灰方式有三种，即机械清灰、 脉冲喷吹清灰和反吹清灰。脉冲喷吹型袋式除尘器的清灰强度、脉冲频率可进行 调节，其清灰效果好，是目前世界上应用最为广泛的除尘装置【5 】。现阶段袋式除 尘器多采用脉冲清灰技术，通常认为高压脉冲清灰强度大，低压脉冲对滤袋的损 伤较j 、 6 l 。袋式除尘器在过滤过程中不断有黏附在滤袋上的粉尘掉不下来。布袋 除尘其主要作用力是黏附力。 黏附力是粉尘与滤袋之间或粉尘与粉尘之间的作用力。气体介质中黏性可 分为三种：分子间引力、毛细黏附力与静电力，其中以毛细黏附力为最重要，而 第一章绪论 静电力最小。影响黏附的因素有：粉尘颗粒的大小、形状的规则程度，粉尘表面 的粗糙程度，粉尘含水率，湿润性和电荷量。粉尘颗粒越细，分子引力与毛细黏 附力愈大。对于袋式除尘器，有较强的过滤气流附着力作用。 范德华力是作用于接触点表面的机械作用力，该接触点表面是灰粒之间、 灰尘与滤料纤维之问极其接近的表面( 约1 0 。o m ) 。毛细黏附力随烟( 空) 气中 水蒸气的存在而变化较大。灰粒问的静电附着力主要是由于灰粒表面存在一定量 的异性自由电荷所致，而灰粒与滤料纤维上的静电附着力主要由于带有一定电荷 的灰粒在滤料纤维附近存在一定强度的电场所致。 1 2 1 三种常见的清灰方式 清灰是袋式除尘器正常工作的重要环节，清灰方式是袋式除尘器分类的主要 标志。袋式除尘器的清灰方式可分为：机械振动清灰方式、反吹风清灰方式、脉 冲喷吹式。 机械振动清灰是利用机械传动装置振打或摇动悬吊滤袋的框架，致使滤袋产 生振动而清灰的方法。常见有三种清灰方式：水平振动、垂直振动和扭转振动。 其清灰原理是，滤袋抖动产生的弹力使黏附在滤袋上的粉尘及粉尘团离开滤袋降 落下来，其抖动力大小与驱动装置和框架结构有关。驱动装置动力大，框架传递 能量损失小，机械清灰效果好。振动清灰时要求除尘器停止过滤工作，故常将除 尘器分隔成若干袋室，顺次进行逐室清灰以保持除尘器的连续运转。机械振动清 灰方式的机械结构简单、运转可靠，但除尘器要求的过滤风速低机械振打的振动 强度分布不均匀，而且清灰对滤袋的损伤也较大。目前采用这种方式的愈来愈 少。 反吹风清灰利用与过滤气流相反的气流，使滤袋变形并使之产生振动造成粉 尘层脱落的一种清灰方式。清灰时，一方面是由于反向的清灰气流直接冲击尘块； 另一方面由于气流方向的改变，滤袋产生胀缩变形而使尘块脱落。清灰气流可由 系统主风机或设计单风机提供，根据滤袋内的压力情