（环境工程专业论文）提高电收尘器效率的气流流型优化与数值模拟.pdf

豫安建筑科技大学硕士学位论文 摄高毫牧尘器效率的气流流型优能与数氆模拟 专遂：环凌王程 硕士生：物衡 攥雾教隳：党，l 、痰善墩艘 撼要 气流j 游楚影嫡邀牧尘器滁尘效率豹萋鼹嚣索之一，零文涎谂了邀投垒器奄场悫邋流臻失 与气流沆型之间躲关系。论文嚣先宠成了一螽电收尘嚣均匀气滚分毒麴横熬实验工佟，在艟基 爨上佼用 舅流体韵力学( c f d ) 软件横毅电姨垒器衷三绻澎莺气濂分葫状嚣，透过横燮试验 数据与鼗簸摸羧缝栗翁建较，溪整模型瓣番溪参数，疆意计冀模墅游实溺瞧。簌量漤横黧中遥 过潺熬各蝴毒扳豹睦力袋激变气滚凌韵状态，获穆邀瀛凝裳爨小熬拳辨骤 气流。论文主要 缀果如下： 1 鼗煎摸羧方法褥青鬻缀隔i 逮验辩蠲褐鬻蕊试验滚本戆模攒实验方法，麓善； 舅模型实 翔化的提蠢，嵌工程锈域戆痰溺将越寒越广泛； 2 。电牧尘器内气流缝缀蚋数傻模羧采爝k s 两方程湍流模鍪及应薜l 藏西添数法糸处理递 器条传。邋遗辩均匀淡翁攘羧缝累与搂蛩实黢数瓣鹄 芝较，谤算方法霹靠，貉累攘运蜜簌潺凌， 精度督疆鞫葭e 程斑焉需要； 3 在模拟气流努露板时，涮焉舌 算流律渤力学软件串瀚多i 0 介质模燮怒一稀有效的方法。 程诗葵摸蘩中透过调整各气漆国凑鬣不弱送域疆力鹣太夸，霹鞍酸变窀暇忿器鸯翡气浚缝绥姣 况； 毒分析模羧缩梁，只宥程潍岗、日黼辩淀霆气流分布檄，才胄罄在毫收垒器斑形成遴硎宸部 气流遮度离，寤鞠领静速度蔫斡麟气流流鍪。调整诗算模瑟避、出日气流分布禚局韶隧力，可 激获褥平滑鹣籍气流瀛鍪。 荚键诵：燃煤锅炉；电收尘器；气流分布；数蓬模拟； 西安建筑科技大学硕士学位论文 i n c r e a s ee s p e f f i c i e n c y r e s o r tt o o p t i m i z a t i o n o f c u r r e n t d i s t r i b u t i o nb yn u m e r i c a ls i m u l a t i o n s p e c i a l t y ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e ： y a n gh e n g a 磷s i r a c i n l e g a sd i s t r i b u t i o ni st h em a i nf a c t o ra f f e c t i n gt h ec o l l e c t i o ne f f i c i e n c yo fe s p i nt h i sp a p e r d i s c u s s t h e b e s t g a s o r g a n i z e i n e s p , a n d t e n t a t i v e l y s u g g e s t t h a t s m o o t h s g f f i n e s p c a n b e s t i m p r o v e t h ec o l l e c t i o ne t t i d e n c y f i r s t l yf i n i s h e d t h e 韶x p e r i m e n to f a v e r a g i n gg a sd i s t r i b u t i o nm o d e ls e c o n d l y , s i m u l a t e dt h ea v e r a g eg a sd i s t r i b u t i o ni n3 d e s p t h i r d l y , b yc o m p o r m gt h er e s u l to fm m a e r i c a l s i m u l a t i o nw i t ht h ed a t ao f e x p e r i m e n a d j u s tt h ei t e m p a r a m e t e r so f n u m e r i c a l m o d e l m a k e 辩】f et h a t n u m e r i c a l m o d e l i s a c t u a l 搬b y a d j u s t i n g t h er e s i s t a n c e o f g a s d i s t r i b u f i o n s c r e e n , o b t a i n t h e s m o o t h s g f t t h e r e a r e 4 m a i n c o n c l u s i o n s i n t h i s p a p e r 1 霹艟m e t h o d o f n u m e r i c a l s i m u l a t i o n i s a w a y o f d e c r e a s i n g t h e t i m e o f e x p e r i m e n t a n d l o w i n g t h ec o s t o f e x p e r i m e n t 2 n u m e r i c a ls i m u l a t i o ng a sd i s t r i b u t i o ni nt h ee s pc a n 艘甏一e t w o e q u a t i o n , o v e r f l o wm o d e l a n d w a l l f u n c f i o n d e 舔w i t h b o u n d a r y o o n d i t i o n b y c o m p a r i n g a v e r a g e f l o w s i m u l a t e r e s x f l t w l t h d a t a o f e x p e r i m e n t , t h e r e s u l ti si nr e a s o n , f i tt h ef a c ta n dc a nb eu s e di n e n g i n e e r i n g 3 + u s e d p o r o u sm e d i u m p o r o u s j u m pb o u n d a r y c o n d i t i o n so f h y d r o d y r m m i c s i n 商n u l a l i n gt h e g a s d i s t r i b u t i o ns c r e e n m o d e li sae f f e c tw a y , b y a d j u s t i n g t h er e s i s t a n c eo f s c r e e n s ，m a yd i s c h a r g et h e e s p s g a s d i s 抒i b u t i o n 4 b y a n a l y s i s t h e r e s u l t o f s i m u l a t i o n , g e t t h a t o n l y s e t u p t h e g a s d i s t r i b u t i o n s c l e n i n t h e p a s s i n a n do r a l , i nt h ee s p f o r m i n gs g f tt h a t 嵇曲g a sv e l o c i t yi nt h ei n l e tb o t t o ma n d 硒荫g a sv e l o c i t yi n o u t l e tt o p b ya d j u s t i n gt h er e s i s t a n c eo f g a sd i s t r i b u t i o ns c r e e no f n u m e r i c a lm o d e lo b t a i n e ds m o o t h s ( 强t k e y w o r d s ：c o a l - f i r e db o i l e r ：e l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t i o n ( e s p ) ；g a s d i s t r i b u t i o n ； n u m e r i c a ls i m u l a l l o n ； 声明 本人郑重声赐我魇避交躲论文是我个人在导烬擐导下进行麴辑究工 作及墩褥鹬研究藏采。尽我所知，除了文中特剐加以标液和致谢的地方外， 论文中不包含其链人惑经发表鼗撰霉造熬耩究黢巢，也不龟含本人藏英拖 人在其它单位已审请学往或为荚它雨途使用过的成果。与我一同工作的阍 态辫本磷究掰徽的获鸯嚣献蚜疆篷论文中露了爨确浆说甓弗表示了致瓣。 争潇学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 敝储签名：枷衙 嘲。矿彬+ 垆 4 关论文健愿授权瓣落疆 本人嶷全了勰嚣安建筑稀技大学有美傈窝、筏翮学柱论文的黼定，翮： 学校商权保熬送交论文的复印件，兔许论文被查阕_ 秘媸阕；学校霹以公糍 论文的全都或部分态容，霹黻聚焉影霹】、缔窜或者其它笈剃手段保存论文。 ( 保密的论文在谂文勰密蜃应邀守姥艇是) 专 论文作者签名和筒鞭篾鑫；艺，欲窗躲狮秘莎乒 注；请将托茭辩程论文蓄菱， 西安建筑科技大学硕士学位沧文 绪论 1 。1 电收尘器效率公式及影响除坐性能的实际因素 毫牧尘嚣楚签毒懋漂锈妒耪尘季雾放翡主要蒎尘竣餐。瑾论上迄牧尘器夔豫尘效率可达 1 0 0 ，但由于察际运行影响因素的存在，电收尘器实际除尘效率与理论效率有一定麓距。 1 t 1 多镦帮安德森羧攀公式 安德森( e y e da n d c r s o n ) 在1 9 19 年根据现场试验的结果，提出了电收尘器经验除尘效率 公式。1 9 2 2 年努依奇( wd e u t s h ) 又从理论b 推导出了同样的方程式。五十年代初，陌特依据 肇个尘齄懿掇集概率理论也捺嚣毒了穗蕊懿表达式毪 州一毒w m ， 式中：犟晓牧尘懿牧尘效率； a 霹广磁液尘窀稷瑟积，s m ； w 尘拳 窀的驱进速度，m s 。 此后的研究嚣在实验室中葶a 现场进行了系列鲍实验， 照匝实了逸争收尘效率方稷舱正礁 程。l 凌皇蓑率公式黄爰是鑫l 安德森总结瑗褥试验结票疆窭，隧矗叉出雾袄奄在理论毫遴行了箍 碍，通常称此方程为d c u s t c h - a n d c r s o n 方程域多依奇安德森效率公式。效率公式的推导作了 以下八条假设： ( ! ) 尘较进夭窀搦嚣，强轰蠢经宠垒药惫了； 湍流和扩散作用使气流中的尘粒在电收坐器电场中的饪何横向断面上都均匀分布： ( 矬粒的驱逃遮度不受气流速度的影响； 奁受颠托竞麟定律支配瓣菰豳蠹，尘粒豹逛穗受藉潜力所羟 毽缝粒一进入魄场就驳电力末端沉海速庭遴动，直至被暇垒极捕获： 尘粒之间相躐很远，忽略彼此问的排斥力i 褒予和中瞧气傣分子之瘸熬碰撞影噙忽醛不诗； 不考虑气流分毒不均匀、气流秘狰耩佟璃、二次扬尘搬反电晕掰造成的影嫡。 1 。1 2 影响除搬性能的实际因素 在实验蜜豁理恕条锋下骚涯窀毅尘黎踩垒效率公式嚣雩，溺褥豹涂垒效率与往糟多蔽静安 德森方程计算得到的值较为吻合。实际运行帑件下还存雀藏它因素对除搬效率的影响，与推导 两安建筑科技大学硕士学位论文 多依奇安德森方程的假设条件青一定出入。因丽，使用多依奇安德森方翟汁算撂到的除尘 效搴往茳寄予蜜深邀藏尘器的滁垒效率。这擅影舔嚣素主臻有：气滚分布的驽匀淫、二次扬尘、 海路窜气、盘粒的荷电时间、浓度和粒径镶【2 】。 ( 1 ) 气流分椎的均匀憔 多蔽奇安德森方震避辍据连訇气滚努布撵导窭寒躺。运行中毫蔽垒器气蠢流邈麟藤魏气 流分布不可能怒完全均匀，突际除尘效率低于按平均气流速度所计算鼬来的除尘效率。导致除 尘效率刚氐的原因有两种：第一，在高流逋区内的非均匀气流会使除坐效率大大b 耕氐，其降低 稷褰远大予l 螽雾蠢速匿建j 韵匀气流使除尘效率提毫懿程度，毒流速医与低流速区涨撵罨楚 想靛豫垒效率酶低。第二，在离流速区肉，当电收尘器中筋最大气流遮窿超过了使收垒窀极积 蝴兑落的临界速度时，收尘电锻表面上的积尘就会脱落，引起烟尘的返流损失。除了念改变收 尘电极蘑积净气体滚量之阍躲基本关系释逡戚 发尘电横鹣爝尘运凌援失 三夕 ，气流分露不垮匀 还可自毳产生箕德有害影酶。其中影豌较大鹩是来鑫灰斗靛耀尘返滚授寒，产生抟舔霞镪括灰斗 内的湍流和气流对烟尘的冲制、灰斗的漏风。 ( 2 3 二次扬尘 多菝奇蜜德森嘉霆霰瓮到达牧尘校表薅上戆皇羧在羧潦豫蘸始终势磐褒渡尘羧液蘸主， 而且清灰时也不会返回气流。这个假设对于湿式电收尘器溅捕集液态气溶胶粒子的电隙雾器是 合适的。但在捕榘干粉尘颗粒的干式电收坐器中，向收兰l 羔极运动的尘粒猩撞击到积满灰尘的收 尘稷表垂对，会弓l 起二莰扬尘。太粒黜翡镶睦廷戮傻穗经彗藩翥集豹耪垒噬褰投尘投襄霞重 新进入气流。j 融补，在振打时也会弓f 起予垒粒的二次扬垒，扬尘量的大小取决于尘粒的性质和 振打情况。但在推导多依奇一潦德森方程时，没有考虑二次扬尘的情况。 ( 3 ) 旁路摩气 有对一垄黜气流燃过毫场茜宣接通过荻牛鞠瘫场区顼部的旁路排出，衙谓“旁路 窜气”。正确地设嚣挡板能有效的减轻其影响，但忽略不计，也会使电收尘器的运行性能低于理 论量 算结果。 ( 4 ) 尘麓鹃蕊毫辩弱 多依奇裳德森方程假窝尘粒进入电场区便立即究禽荷电。只有幽尘粒的比电阻较低而 电流密度很高，坐粒荷电时蚓为毫秒级时，这假定才究盒成立。运行过程中为了避受过多的 吠霉激毫或茨电露，往往将邈滚密凄稳定程缀蘸魏篷，这辩蘸毫鞋窝可蘸变 髯蒌长，垒褴需要 在电收尘器中避动很长段躐离，才能充分荷电。在这种情况下，除尘效率公式应予修正，计 入荷电时间的影响。 ( 5 ) 粉尘浓度襄粒径 理论豫尘效率公式适耀予帮一粒径，骰愆电场强发怒均匀的。在实际中，由于粉垒陆续被 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 清除，它所引起的空间电荷的影响也有所改变。所以沿除尘器电场长度方向，电场强度的变化 是很大的。尘粒空问电荷极大地影响着电场强度，进入电除尘器中的细尘粒浓度很高时影喊更 大。由于大部分电流是由迁移率较低的尘粒所携带，所以除尘器入e l 的空间电荷可黝醚强。随 着尘粒被除去，大量电流改由气体离子所传递，尘敝空间电荷的影响就减轻了。 粒径对驱进速度有直接影响。这是出于电荷与质量( 或粒径) 的e e 值不同造成的。已经证 明，粒径在0 2 一o 5 微米之间时，驱进速度最低。在此范围以外，驱进速度均蠢腮握赢。驱进 速度随粒径而变化，大部分粗尘粒在第一电场被糖集，恧驱进速度 刚氐的细尘粒就要由后续的 电场攒集。 1 2 国内外对气流分布的研究及现状回顾 1 2 。l 气流分毒熬磅究方法 目前豳内外的气流分布研究方法主要有蹰大类：模型实验方法和数值模拟方法。数值模拟 方法与模型实验方法之间的关系是相互妖赖、互为幸b 充。一方面，数德计算的结果是否正确， 必须缀模型试验或原型实测进行验i 芷；另一方面，借助于流传动力学t 垮玉可以更全露、更深 刻地认识找们所研究的流动现象，可以大大减少实验的工程量、缀短磅究嗣期、提裹硬究东乎。 慕种讨算方法域某些计算结果若碍到实践检验的认可，就可以应用于工程实践。虽然这薅秘方 法还不能根互蛰代，但是随着圣 。算络果不叛地缮至b 验涯、各秽计算方法不叛地加以宠善，数蠖 模拟方法在应用中所占的e e 捌会越皋越大。例如在波襄公司蛇飞机滤转动力学设诗中，基裁已 有9 5 的工传；畏用数值模拟方法完成，只有约5 的工俘借助于模型实验方法，便是一令缀好 的例诞。 ( 1 ) 模型实验方法 1 ) 模拟实验准则 根据挺似原理，模数实验模型与设蠢暴型之闯必矮潢足凡留檫 矬、运动 g 纭、动力耀 娃、 边爨祭馋女l 噬暑b 规始条传翱供。裂溺 g 戳转换法可以推导出三个相 黼瓣数列： 弗劳德准煎i j 数： f r = 羔二 ( 1 吨) 盛 式中：w 流体豹速发，瓣s ； 窖羹力鸯g 速凌，撰s 2 ； 三叛瑟尼 霉足寸，致 弗劳德准鬟数( 殛) 数是表征遂动串馁髓力与重力的院值。在研究宅收尘嚣电场雨鼢气流 分布聪，爵以不考蕊粉尘在运璎中静受力情况，旅弗劳德准委9 数( ) 是次要游，模拟试验对 可不予考惑。 西安建筑科技大学硕士学位汝文 漱拉难雯数：e u = 笺 ( 1 一萄 口攒 式中：肿测量断灏之问的阻力，p a ； p 流体密艘，埝靠； w 滚髂熬速度，强s ； 欧拉准则数( e u ) 是表征遮动中压力场的相似准则数，欧拉准则数数( e u ) 是压力与蠼性 力的比值。 嚣诺 蓬鬟激；瞎受垒：丝( r - 4 ) 哿 v 式中：野流体的动力精度，k g ( m s ) ； v 一一濂体懿逡貔糕度，鑫s ； 霰诺狠羹数( r e ) 是表襁流动状态的准煲g 数，霉渊数( 鹃) 楚濑戆力与糕髅力的 e 篷。 在粘性张e 受媳运渤的情况下，嚣诺准贝4 数( r e ) 对滚动姨蕊起决定髅谗糯。医l 魄，螫求摸型 中的嚣诺难贝b 数( r e m ) 与原型中蛉黉诺准受数( r e ) 耀等。毽是，雷诺猿黉8 敬( 融) 瓣这耱决 定往俸矮，冀熬在一定麴条 下方逡矮，嚣农其它条雾r f 宅终鬻不秘蒜，墓至消失。警雷诺 准则数( r e ) 小予“第一峨黟悠”聪，流动整屡涟状态。焱滕滚状态薄溺幽流体抟流韵状态、 流态分布与雷游溅贝4 数( r e ) 凭荧。这种现蒙称戈“照模堂璺弋当雷诺猴剿数( r e ) 大手“第一 l 稿器篷”麓，流秘转天逶渡状态。杏遘渡鼗态蔻强蠹，流髂懿溪流翟囊及流速分布器潺餐蓄诺 准贝数( r e ) 的蠛大恧变豫，最瓣凳髅瑟大，隘蓐影购逐渐减夺，流动游入稳定湍流戮。当雷 避准贝4 数( r e ) 继续增大超过第- - - i i 鑫界馕对，流体的漉动羧态及流速分巍虢不褥随露诺准员0 数 ( 糙 鞠变纯舔变傀，辏韵藿蕊进久是筷纯状态，豫受“篱二爨模纯莲”。英特是涎蓦露落疆 煎数( r e ) 爨增大，黢控难受数( & ) 不嚣变纯。 综e 鞭述，零耀摸燃迸 詈气流分毒撰羧爨验舱关蕤建，揉证模垄与琢激凡何相钕和保证实 验过程处予第二离模倪状态。 摸燮魏咒秘棱柱 模型与原赞灏貉礴寺目；错棚儆，这不双簧求包括迸、出强溜箱和气流均匀分布构件程内的电 收羔l 兰器本体按锺趣$ 议模拟，蕊强固嶷湫日戳前窥出爨珊螽麓涵道、弯头、联通蛾德邀腹 绞死簿耱弘貘羧。 模莲! 与原型之闻要按定的凡衍院爨缩小，餐各翻研究者对最佳的缩小比例的取值并不相 弼。 德蘑静静鸯公司认为：模型般按漂蛰酾言素魄铡绫夸较蠢台遥。 西安建筑科技大学硕士学位论文 瑞士的掰一麟公司认为：模壅礁i 蒙黧鼹吉击毙铹缩夺。垂势g 鬃缭，l 、篷爨为嘉，实验 结果是不准确的。 美国静洛巍聪饕誊尔公司诀巍：模燮戆缩小 e 例碰取妻。 我国研究赣认为：在傈诳实验足够准确的前提下，根据原型电收尘器电场断面积的大小， 模型的缩小e 例取圭去比较合适。对予趣大型电收尘器，模型比例嵌不宜小于壶。 ol zi 筠第二鑫耩化透稿界鬻诺数鹣。 模拟实验时，应保证模型实验工况雷诺准则数( r e i n ) 大于第二自模化区临界雷诺数( r e ，。) 。 籀二自模化嚣糕霹雷诺数( r e n ) 般是臻先凌实验确定蛉。鬻爰鹣测定方法是：一定黥气俸塞 霾p 、委力藕縻声或运动精发v 霸溺试酝瑟既忍 霉灵寸五条释下，在不同豹宅弱流速w 时，溺 爨出两个测量断面之间的阻力a p 并计辫出相应的黼诺数( r e = 旦堕：! 竺) 和欧拉数 “y ( e 萨! 等) 餍歹表法葳撵阉法我凄e u = f ( r e ) 关系。辫霜诺准曩| j 数( r e ) 增大丽欧挝准煲日数 跚 ( e u ) 不苒变化时。欧拉准贝0 数( e u ) 不变的起始点的辫诺准则数( ) 就是第二自楔忧区隆 界雷诺婺( r e i ；) 。 4 ) 颡0 量气流分布的浏煮繇置 检测电场内气流分布的测点布置在各电场进口侧靠避熊尘极板排的气流流通断筒上。因为 该蜒蟊戆气流分毒均匀挂哥戳 嵌蹙穗盛电场馥气滚状嚣。繁一毫羁懿潮羹濒嚣距离气瀛分毒援 斑太子或等于( 8 ) d 。翔暴太靠i 爨流分布扳对，气流穿过气流分稚板于所产生的局部射 流容易影响测爝值的准确性。 寝量叛蠢e 的测点数的麟怒；求平方超支按滠型每隔疆3 l 。孰帮鼹一个溅点，小攘逶矮 子夺鍪固蒌蕊：嚣，大夔透薅予太塑毫l 瑟尘器；在垂壹方商上觳覆蠡爨磐兰板戆高度彀8 i 2 个 均布测点。 ( 2 ) 数值模拟方法 诗篓漠蒋动力学嘲t e r 融秘1 ) y n a r a i c ( c f d ) 瓣任务是爵突徽簿骧动疑题的数疆 计算方法。以梅种离散化方法( 有限差分法、有限元法、有限分析法、边界元法和有5 艇体积法 镣) 建立各种数值模型，并遄过计算机进符数值计算和数傻实验，得到程时间和空间上离散的 数据鬟或戆集含俸，最终获褥定量接述滚酝的数僮舞。 计算流体动力学豹特点怒遥应性强、瘦闻面广。首先流动问题的控制方程一般是j # 线性的， s 西安建筑科技大学硕士学位论文 自变最多，计算域的几何形状任意，边界条件复杂，这使褥许多流动问题无法用数学分析的方 法求得解析解，但采用数值解则能很好地满足工程上的需要；其次可幂螺i 计算机进行各种数值 实验，例如，可选择不同的流动参数进行数值实验，可进行物理方程中各项的商效性和敏感性 实验，以便进行各种近似奠卜理等。它不会受到物理模型实验定律的限制，大大地缩短了设计时 间、节省了设计费用，有较强的灵游胜。因此，国内外在工稷中开始较多地采用数值模拟与实 验相结合的方法。数值计算的缺点烂：它依赖于基本方程的可靠性，且最终结果不是撮供馁l 可 形式的解析表达式，而是有限个离散点上的数值解，并包含有一定的量哮误差：它不像物理模 型实验，开始就能给出流动现象并作定性地描述，反丽需要通过对原型的观澳或对物理模型 进行实验，来获得某些流动参数并对建立的数学模型进彳亍验诚，所以计算流体动力学有它自己 的原理、方法和特点。数值计算、理论分板、实验观澳4 是互相联系、相互促进又不女默目互蛰l 弋 的，尤其是在研究流动过稷的物理机理时，更翥要三者农枫地结合，相互取长 短。 随着近几十年来计算流体动力学方法的迅速发展襁殴用，发达国家对备类臻滤体力学阂 题的研究_ 般郯采用以计算为主、实验为城的方法，这基本上戆嫩至避免1 5 些攀莓密爨性懿实 验。以下对一些常用的数傻方法l 乍一个麓单的分缨； 1 ) 有限麓分法 有限差分法是姆求鳃区域划分必差分网掺，鼹煮曼令网搀节患( & 离数点) 代装述续静求 熊域，然詹烙偏微分方程的母数用差齑代替，雄导出含套裹数点上有隈个泰知数懿差分方程缀。 求解出差分z 魈( 即代数方稷组) 的勰，修为微分方理定鼹目题懿数螫联彗f 瓣。它是耱直 接婚微分阔题变走代数闽题麴遐f 以数值解法。毒鼹差分法发震褥较旱虽比较成熬，它藩瑶篱荦、 数学攘演襁黢愈凌鳜、缡毽方蠖、收敛一牲季g 稳定性理论毙较戏熟，较多缝寝罨于求瓣双涵线型 列抛物线型滚动闫题【4 】。 鸯限差分法是把微分冀子在节点镁域遴行泰鞍鼹开，截较蘸死磺褥劐差分近 弦公式来求 鼹。蓑分期翌 算豹数馑导数是由蒸分缓除擞苇点闯距离褥至l 鹣，因戴有阪差分解的；赘值导数 黪糖发总楚毖织蹇是糖度豹除次要鬣；鼹寿羧差分逶缀爨导出瓣代数方程缀，獒数傻解常会出 现不稳定现象，匿淹躁鸯限差分来：l 黪 娃，改交了控毒方程中的微分或导数。另外有整差分袼式 述毙弓| 起数篷扩散现象。这释数篷扩散毯象在高轴数# 黝中特剐嘲显，西为奁离融数流动中 对淀瑗或繇除等鼗蹶在控卷惦程串鲶于支配遗位。在勰瑟l 嚣蠛的结构伉网格上，有限差分法是 十分麓攫i 骞效静，露且芎艮容易弓 入镕| 流顼的离阶格式。其磁链慧离散方程的守恒特性难 戬傈迸，怒最严重豹缺点鬟是对不蕊舞送域的透麓獾灌。翊有限差分法求解边界条件复杂、尤 冀是橇医墅闯耀时，它不如有陵元法和裔隈体积法方便翻。 2 ) 有限元法 5 0 年 初在瑶方静飞枫设计中开始采用肖陵元法，6 0 年代开始丽予流体计算。闷时期我国 6 两安建筑科技火学硕士学位论文 _ _ i 墨盛鞴黼 i ：ii i黼#i ；置；鞘黼每i ；i i 删蝴暑i i ；剞黼耥i i i 告警球黼黼告 抟冯康提出了一套理论与实黼糨结合的方法。它是搀一个涟续鳆隶锻域任意分或适当澎状( 三 受黪、溪遗嚣氏霹嚣薅、六蔼俸等) 熬诲多簌、单元，莠怒螽夺摹元分片梅i 叁离篷鬣羧，蕊螽 根据极值原勰( 变分法或加税余量法) ，将问题的控制微分方程转化为控制所有单元的宵限元方 程，把总体的椴值作为各单元极值之和，口将局部单元总体之和，形成髓入了指定边界矧牛的 代鼗方程缰，求簿 法霭鳃麓爨嚣墨繁点上黎求簿爵羧照。 有限元熬的基础是极德艨理和剖分原理，它吸收了有限差分法申离敝处理的内核，又采用 了变分计算中避择逼近函数对区域进行积分的合理方法。这是将两类方滁进行取长补短，进一 步茇震酶结暴。蠹子畜鞭元法静霹格楚努灵活，嚣燃镶广泛魏逶弼注，戈萁逶合予凡簿、 鞠理条蒋较为簧杂静流动阏灏。僵有碾元法存在编程比较簸杂，存储量大，计算量太等问题。 有限元法在二维计算中应用较为普遍，适用于求解具有椭圆性质的方稷【6 j p j 。 3 ) 有限分板法 宅是7 0 年 表美藉孛图掌蠹蕊景仁教授等猩密豹释鞭数建寿法。商陵分橱法憝在肖 琵元 法基础上的一种改进，其基本思路是：建立求解微分方襁的解析方法和数值方法之间的联系， 离散单元上的解不再用插僮蘧数的形式寒褒遮，丽是用方程在研究体系髑部区域内线隧化屠静 髂橇辉寒表达。曹先，怒籍袋熬阚题弱惑蒋嚣壤戴分莛诲多小黪子区蠛，在这些子嚣域中隶盘 硒部解析解；然后从局部解析解导出个代数方程，使予隰域积分网格点上的值与桐邻网格点 上的值联系起来，以实现微分方程的离散化；接着把所有的局部解析孵汇集起来，就缁剐所求 溺题戆寿隈分辑羧蓬簿。鸯鼹分矮法其骞萄嫩熙注爨，箍赣题蔡熬对滚瑗，共其蠢 算稳 定性好，收敛较快等特点。闻时不存在数德扩散的问题嗣。 有限分析法思想的可取之处在于，它w 以克服在高龇数下有限差分法的数值解容易发散 或振荡的缺点，毽其 算王幸# 露鞍呔，耗费躐g 尊较多，对谤葵医骧锺。诺黟状夔遥蠹戆也铰差， 宥蹲求蘧分方疆的蘑蘸簿辑解也会遘蓟困难，叠前应蘑还不琵缀普遍。 4 ) 边界元法 边界元法是蓠先燃燃盼方程转化必边界积分方糕，褥震有限元静纂奉恩怒与方法步骤 ( 在求解蠛熟逾器至楚 努鸯瓣擎元) 亲楚鬻逶赛积分方程靛方法。其旃燕建在求簿蠛内满是激 分方程，而在谶界上只是近似满足边界条件。该方法首先激菠国的c 。a b r e b b i a 提出。詹又发 展出与区域法结合的混合元法鞠有限基本娜法。边器元法具商以下特点：溉限区域l 掰舔无 霁瀚定乡越器，廷蘩蘧遂壤迭器主遂 亍鸯黼篷，降辫礁羧，藏多诗算爨露蘑簿瓣薅数纯 附误差只产生在边界上，求解城内的函数值芹口系数值直接可用解析公式计算，其精度黼；边界 元的基本解本鼎县有可导性，可适用于求解奇异性问题；编制程序简便、工作量少。 5 ) 煮限辫捩法 有最粼叉称为控帛8 镄积法。萁基本懑路是：将 十辫区域划分为系列不重叠的控带0 体 p q 安建筑科披大学硕士学位论文 躲，著使每个网格点周困鸯个控每体积，将特鳃的微分方程对每个控制体积进 亍辍分， 导 躐蕴蔫敖秀程。荬孛麓来辩数是蟋疆纛主黪覆变量靛羧簋。为了求硅l 控暴薅黎豁辍分，必 颁假定中值谯网格点问的变化规律，即设庭m 值的各段分布剖面。从积分区域的选取方法来看， 有限体积法属于采用局部近姒的离散方法。即予区域法棚离散法，就是霄限体积法的綦本方法。 畜袋葵拣法匏基奉愚慧易予理舞著巍得蠢实际獒秘理姆释。考袋体积法实嚣主是浚褡力学 中利用微元体概念推导微分方程的逆过程，网格就相当予放大了的微元体。离散方程的物理意 义就是因变量在有限大小的控制体积中的守恒原理，棋当于微分方程波示因变量在秃5 刘、的 控罐俸积中懿守渣原理一转掰。 有疆体稍法得出静离散方程，要求霞燮爨盼积分守德对任意组控制体积都满慰，对整个 计算区域，自然也满足。因此用有限体积法导出的离散方程可以保证舆榭守恒性。对区域形状 的适应缝也 g 餐隈差分法努，这是舂限体积法暖弓 大豹德点。褒一些惑散方法，镄翅肖畏差分 法，毂当瓣掺；# 霉绥密器重，离散方程方滚怒积分守煎；褥帮限侮积法g # 髓在较粗瓣潜情况下， 也湿示出了准确的积分守憾。 就离散方法薅言，有限体积法霹视为有限单元法秘肖辫差分法的中阙物。有限擎元法必绥 鬣定$ 蓬奁两漆点之舞鹣变纯蕊律( 瑟稻燕蘑鼗) ，并德蔟受运觳瑟。霄疆差分 轰双考虑弱嵇 点上。的数值筒不考虑巾值猩网格点之间如何变化。有限体积法只寻求m 的节点值，谜与有限 激分法类似；假有限体积法程寻求控制体积的积分时，必须假定中值在网格点之间的分布，这 叉与寄疆荸元法相类鲮。在有辍簿良法中，摸篷函数哭爝予诗算控露l 露积的积分，褥惑离教方 程之后，便可崽黼值函数 如果需要的话，我们可以对微分方程中不f 硝的项采用不同的插值 函数【】0 1 i l l 】。 鞋基对锺瓣鬻瑶戆数毽方法裕t 箍要麴虱矮，稷器备爨不弱的特患，它 嚣分爨逡灏予求簿 不两薛流动淹爨。有限愀怒目翦大多数流体动办学获件所采稻魏方法，适应性广，计算简 单。论文根据电除尘器中的气流流型特征，采用有限体秘法进行数值模拟分析。 1 。& 2 蓬蠹努气滚努毒妻瓣究蕊凌露壤 多依奇安德森方程提出了均匀气流分布的理论，说明气流分布对电收尘的影响程腋。工程 上瞧毒犍了爨礴豹控卷汽瀛均匀分毒的技术拣准。然瑟，在1 9 8 5 年l l i n d 报撂电牧垒嚣杰鼗 鬣耪垒滚菱分；带獭载实甄秣褫，搀窭了一争季蘑熬鼹蔚嚎国气瀛浚本( s k e wg a sf l o w t e c h n o l o g y ，简称s g f t ) ”列。 ( 1 ) 均匀气流分布理论的提出及实施 铎鹫( h j w h i m ) 撂窭气滋漠式是影瓣魄铰尘器运簿效率戆拿羹要露素，按麓多菠鸯 寂德森方程中断面浓度均匀分布的假设，只瓣使电场内的气流均匀分布，就可以得到淑收尘器 g 西安建筑科技大学硕士学位论文 的最佳运幸亍效粜。假如气流分毒不均匀，就会对除尘效率产生负蘑影响。默下是国外研究者 提整翡关予气滚分毒不鹭匈簿，黯豫尘效率彩确麴晁辩袤这宝印： 1 ) 前苏联的羊；h 鸟饶夫指出，由于电场内气流分布不均匀而导致除尘效率下降可用下式表示： 器= 1 一g 罡社掰 0 - 5 式中：k 系数，它取决于屯除坐嚣的电气、几何尺寸和其他特性以及粉坐的物理参 数，s m l 撑电鬟内豹平均j 藿气逮畿，m 霪； 酣一f 毳场两气流分布不均訇系数。 上式表明m 值越大，除兰| 杰效菊吲氐。寰测发现，用该武计算的除尘效率比实测的结果偏高， g 用该式表示气淡分布均匀性对除尘效率的嚣晦黻e e 实际情嚣德小。 2 ) 美銎殴器蒋( h j x 踊壹e 考虑气流羚带不均匀豹豫垒效率公式兔： 删一”了e 冲( 一警 ， 灿 m 回 式孛： ，w j 气流瓣速度场螽数； a - 一集盘撒俪积，m 2 ； 圩处理烟气量，m 3 l s ； 3 蘧汲冶金蜜垒嚣溶疆究潮绕谤估量法，探量李毫蝰海气演l 势毒翦均匀键对燃誊的露酶。 认为气流分布幂均匀造成的粉尘透过率的增加，可用下列简化统计估慧式表示： 一只阻鲁 w + k 等 研 t t 回 式串：羚一气流分布均匀时，程w s d * t 韵粉尘透过率，； 盯气流分稚不均匀时的濂度场标准偏黢； 魏气流分布垮匀时的理埝驱逡速度，i r d s ： 上式表明，髓气流分布均匀性恶化，粉尘避道率增加，滁黛效率下降，藏影响程度将随篓的平 方和四次方之和丽增力艮 式( # 是在下爹嚣全鬏设懿蘩捷i 溅譬爨懿。 藕气流分布均匀性i 贝6 爨断面# 成n - - t d , 单元面积，令粉尘透过率符硷经典的多依衔公式； 令兰当* 唑( 因为气流不均匀，璩。丽礁，假设气流分毒均匀悭爨好，m 谯缀小， 垒 磷安建筑秘技大学殒士学德论文 剡写魄曲大褥多，坐。坐君黻立) 。 ww i 式( 1 。7 ) 、竣煮考虑实瓣逶 亍遣程审箕窀嚣豢 语翅迄秘巍骢瞧溅、骥海笺漉、秘垒二次巍垒释气 流均匀性随电场长艘的增加而趋于均匀等) 的影响，因此斑l - 7 ) 是在理论条件下的i 吲雌鬣式。 4 ) 湖电热工研究院根据文献中介绍的实验数据和在国内几个电厂的电收坐器上进行实测的结 采，摄窭懿下缀骏公式； 曼坠 r = 1 一e 5 ” ：l 一聍一砉嘞2 ) 一妻缘f l 一桀1 = l e 。w l wj ( 1 - 8 ) 式孛：曦气濂分鸯海岛辩翁毽稔驻进黻，r i d s ； 掰，有效驱逃蟪度，r i d s ； b 表示运行条 牛下气淀分布均匀性对除尘效攀载影响糨发。b = 程，群僵 臻电羲尘嚣靛结稳、滚秫魂力 等毪、瞧气黪整等西索爨关。黠予菜一遥 收尘器，群、b 毽应邀避试验锲定。 鼹越圜内夕 遴没鸯统一妁呶除尘器气滚分奄均匀性褥刿橡壤。尽管现露浮刿标准备蠢差 并，液达形式不同，但蒋以测量断筒速度场的均方根菱盯= ( h 口标准偏差) 作为 毙较黪基鹚，舞慰鞍游现毫牧袋懿眨七个谨挚拣准与玎氆的关系爨予表l i 。 出袋 一l 嚣蓟的七个栎准可翔； 1 ) 荚鏊酌糍瓣均方撩篷法( r m s ) 实潢上怒鼹燃断萄毫涟度场的捐附标准编茬。腻统计 学上蘑，拶篷袭瑟番羧l 患豹气溅迷度毪密乎均滚发；豹凑数程发。拶毽越大表示奄场内气流 分布海莺藿蠡逮蒺e 霸其纛揪魄较，其特点蔻秘蝴酌不均匀篷静反疯逝较灵敏，它静气 藉e 努蔫瀚匀性分僦( 玎= o 。l o 茹) 、甍( 尊一毡1 5 ；) 莆 1 樯( o - = o 2 5 茹) 三级。将诵i l 际 凌分级育零于区分气流分布穆鸷漩熬优劣及熟辩豫尘效率的影响； 2 ) 璃圭嚣疆薏x 公霹露淀懿徽诧较黟缮，它茨台接蕊疆当予拶馥l s 2 荔，接近梧砖琏珐穗囊 霍法“良”豹承平； 3 ，羡国的i g c i 标准的合格值拶o - 2 7 8w ，按近相对均方穰值法“合格”的水平。实际上由 予。菠瑟求霞 潞麓巍l 点上凌跫哆一弧奄4 璐) 靛羧裁，遮藏使i g c i 搽准静“台挠”毪往魄襁 辩瓣方投纛法酌“合格”水平还簧严； 1 0 厚 魏安建筑辩技大学硬士学嫠谂文 4 ) 日本海重工业株式会社的a 值和武汉冶愈蜜全技术研究所的k 值，殿然在表示形i 坏同， 但实质是一样的。它们的合格，捆当于玎0 3 7 6w 。a 德( k 值) 实际上怒电场内气流遮废的 籀蹲簸本平驽蓉蘸，鬣然窀盘燕表示速度不骜驽澄酶一前形式，餐是它辩遮凌弦孛令勇煮德差 比较大时的反映不如相对均方根蒺灵敏，而且合格标准也比盯低； 5 ) 前苏联的m 德和m 值合格互为倒数，它和相对均方根值存在著m = 拶心+ 1 的关系am 值 台穰糖当予拶( o 。3 1 6 0 。4 7 7 ) w 。m 值( 搬馕) 麴要鸯述材蓑，对予萃9 9 静离效率嘲凌 尘器显然是不合适瀚。 袋l l 备谤气流均匀分布标凇 露评判搽壤 括蕊签髂按棼蠢均方禳整 号饕求 嚣算式 荚国$ 目对均方根值o - = 0 1 0 忧 = 0 1 0 w 忧 l 法( r m s )盯一o t 5 照 出霹雷 = 0 1 5 w 嶷 玎一馥2 5 含格 硝= 0 , 2 5 w 舍辖 夔围气体净化王业l ，在豁淫8 点上 协会标准( i g c t ) 哆= 硼2 5 ) 2 拶o 2 7 8 w 2 ，褒1 0 0 溅赢上 壤= 礤4 溉) 翦苏联速发扬系数 隆m 1 2 0 盯( 0 3 t 6 0 4 7 7 ) w 3l m 1 1 1 2 m = 廷茹 涟f 瓣蓬) 前苏联容积乖j 朋系 。：盟 o 盯( 0 3 1 6 0 4 7 7 ) w 4 数法( m 镄) 0 8 3 3 o 9 1 m 1 匹霹 f 2 l j 本海重工照株式 宝h 一司 d 0 3 辐w 5a 8 5 a = l 一土生- ：一会衽标准( a 僦) 2 n w l 。允许5 测煮 瑞e l e x 公弼标啦畎l + 3 0 獬 6 f 疆1 黻拶 准 2 允许5 测点 w i 氓l 一3 0 呦 孛莺蔑汉冶金安全 窆陋一司 d 0 1 3 7 6 w 7k 缩短实验瘸期、圈囊实验成本。 调整电l 殳墨| 兰嚣的气流分称状况_ 羧需瓣累孺气流分捃模拟实验来究成，但这种方法瘸期长、 凝用高。课题通过计算机模猁f 电收尘器内气流分布形式，找出返流损失墩小的斜气流流型，并 1 3 西安建筑科披大学硕士学俄论文 在模拟结果的罄础送行实验骏证。采用数蝗分辑电收尘器内气滚滚型，实验鼹期矮、节省实 验焚嚣，可为毫收垒器鳆设诗酾鼓术改造握参 羲蠢 嗣踺透过霹运行奄牧垒器毪戆游溺定稳努 析，不断提商模型的可靠性和准确程度。 l 。3 2 研究蠢法 论文采用嶷验与数值模拟相结合的方法，通过模型实验确定均匀气流分布时气流分布板的 开孔率。然艏根据实验结果谶 亍均匀流数缎模拟，对比实验结果与数值模拟结果，修寇计算条 律。最矗髫秣汽滚鼗篷澈攒，透过垂捌遗淫中嚣第、二袭分稳授底瓣辍力，塔舞第 三块j 争布板斌裔b 的阻力，黼流茁荩i ：拦i 块分布税之篇，形成入口l 断黼底部流速嵩且具有向 上分量的流动方式。气流进入电场时就形成了一个具有向上速度分量的斜气流，这个向上分量 傻耩舞气流程瞧场孛黢进掰平懑过渡至蹬强，形成运滚滚失最小躲斜气滚滚墼。 l 隼 魏安建襞秘按大学颈圭学燕谂文 2 概述 2 ，1 1 淤流现象概述 2 湍流模型及奠数值模拟方法 在自然秀中，真实酌流体都熬鸯粘性。稻穗流体存在两萃孛不同的运动方式鞍流悉，辩璨流 和湍流，而在自然界中和工业生产中所遇见的流体流动大部分都是湍流。 程过去1 0 0 多年中，无论魑理论b 还是实碍上演渐究郝蠢很大进步。勰世纪秘时，在 r e y n o l d s 统诗理论豹框架下，多0 掇是霜簿鼙麴溘潦模螫瓣篱攀豹漓浚运动，嚣蘸，缀浚 有蒋遣的湍流模裂可以预濒所有艇杂的湍流，但是有经验的湍流模式专家可以根据复杂漱的 性质提出实用的模型。近5 0 年来，对于湍流本质的认识愈来愈深入，媛突出的是；人仃j 认识刘 滚滚篷寄缝擒熬毒清鞭l 运动。鬏蘩这耱浚谈，零瞬l 控麓渗藤缭鞫皋羟毒燃辍褥了嚣著静成就。 在探索湍流的历程中，科学家宦性了先进的研瓣段：- 各t b 髓缎的流动和流场禊4 量方法，_ i 琏代 计算机的直接数值模拟。 滚滚运动兹最主要特鬣是不溪粪l 淫。慰予漓滚甭瓣g 烃鹣涤入谈浚，楚t 0 0 多年亲滚滚磷 究的主要成就乏一。早期的器 学激认为湍瀛缘分子 看动样，是糨飒剃运动。类似予分子 运动产生粘性。湍流的耗散可以用涡粘系数寒液述。2 0 世g 酾l ，一些杰出黝流体办学家，相继 对溅粘系数提如各种溅俸力学静攘型，魏t a y l o r ( 1 9 2 1 ) 魏涡模型，p r a n d t l ( 1 9 2 5 ) 熬滠合长 模黧茅嚣v o l l 繇撇鞠n ( 1 9 3 0 ) 辐缁横囊等。当秘警家用流诲办学藤念( 不是分子$ 譬念) 寒建立溃 流糕散的涡粘模型时，戟开始考虑遘续余质硼l 妪劝的特点，其中鸯另4 予气体分子不舰照4 运 动的最主要特点怒运动豹多尺度性。第一个溅邀流体溃流逸魂中多尺发输运特髅筑辩学塞 斑舔a 癍嗽( 1 9 2 2 ) 瞥臻述溪魂煞的多尺度转输遗程魏下：大漓疑含蠢、涡，辩啜予速度：小瀛 包含更小的涡，如此继续直至4 牯性糕散。多尺艘的思想导皴产生攒述多尺艘瓣遴掇忿秘港分据 方法，势最终产生了k o l m o g o r o v 的羼郝各嬲阏性的运熙港。 滚滚毒唆是多尺度豹蠢羹瓷蠢结稳静运秘。菊整纪中畸，大羹簿潞灞辩陵惫；委嚣髓焱显 示) 发现多尺度的漩滚运动存在蘩祧特殊的运璐状态。t o 删l d ( 1 9 5 1 ) c o r r s i n ( 1 9 5 5 ) 积l u r n l e y ( 1 9 6 5 ) 等从脉动序列的同歇雠口空闻闽提关撰女是溪l 淌滚缝槐的可魏形态。理论露提密越磐 静漆灞模型：球灏自薛璧，柱游骥塑等。翠鳎鹦漆滚续稳主娶楚簸运魂等蛙湾蘧，捂疑瀑络稳 彳乍为涤淡绕计的样本。我国酶嗣熔源教授是避代滚滚模式躲蕤鏊入之一。戆蕾先提蹬走解方翟 屡平均蛇统计方法，就是说溅漏必须满避n a v i e r - s t o k e s ( c h o u a n d c h o u , 1 9 5 5 ) 。溪祷戳主发现 充分瀵疆，无论憝麓单还是复黎潴溅孛零存焱定静灞缝擒。 太尺度缝稳静获生爱不瀣凳4 辩，就楚说，程长对趣帮天滚隧寒疆察，犬飚运动结构笈生 西安建筑科技大学硕士学位论文 的地点和时刻不确定的。因此在大样本统计中我们不可能发现这种结构，这就是为什么经典的 长时间统计未能察觉它们。另一方面，大尺度运动结构一旦生成，它以一定的动力学规律演化， 因此湍流大尺度结构又称拟序结构，或相干结构。 湍流是多尺度有结构的不规则流体运动。它指出湍流运动的主要特征，同对也指出了研究 湍流的困难所在。单纯的不规则运动，例如气体分子运动，是不规则粒子群的运动，比较蜜易 用统计力学的方法来分析，因为宏观上它只有一个特征尺度分予平均自幽程，泌流的第一个 困难是它的多尺度( 理论上是无穷多尺度之闻存在简单的关系，侈i i 如糨似关系，这秘多尺度系 统也不难处理，但是湍流的多尺度不规则运动是有结构的，也就是说，不同尺度的运动之蚓的 动力学关系是复杂的。 湍流就是一种1 分复杂的三维非稳态、带旋转的不艘则流动。在淤漉中渡体的各i 女物理参 数，如速度、压力、温度等都随时阀与空间发生随机的变化。从物理结构上说，可以把淀滋看 成是由各种不同尺度的涡