评估旋风分离器效率新方法的改进.doc

外文翻译 专 业 过程装备与控制工程 学 生 姓 名 周智洋 班 级 B 装备 032 学 号 0310140153 指 导 教 师 咸斌 1 评估旋风分离器效率新方法的 改进 翻译：周智洋 摘 要 :基于流型的调 查 ,微粒临界体积分离理论和边界层分离理论 ，有一种评估旋风分离器效率的新理论方法 被揭露出来 。 放射状的粒子浓度梯度 是经过数学模型考虑的。它 不同与通常统一假定的 旋风分离器 内部的粒子浓度梯度。 局部的粒子集中和 旋风分离器 分 级效率能在 飞行时间 模型 的基础上根据 进料的粒度分布被计算出来 。 通过比较用实验数据计算出的分级效率和 相关文献中的理论参照物被证实 这个方法是有效的 。 关键词 ： 旋风分离器 、收集效率、数学模型 1 引 言 旋风分离器广泛地被用于空气污染控制领域和气溶胶取样以及工业用途的气固分离 。 由于制造简单 ,运行成 本低和对极端苛刻 情况的良好适应性 , 分离器已经变成最重要粒子输送装置。它更适用于工程学和过程运行方面。 为了要描述旋风分离器 的性能 ,旋风分离器粒子收集理论被许多 研究 者用不同的 简单的 假定方法揭示出来。 代表性的研究主要地包括 :1 是削减理论的最广泛例子。 从进风口射入的微粒在旋风分离器期间以 50%的效率被收集 。 2收集理论是界限粒径理论的另 一 表现。 任何尺寸的微粒的收集效率取 决于它的沉降速度达到静态微粒沉降的极限速度的比率。 3 修正 论而且为 基于 数 ，用几何图形来描述旋风分离器的分级效率。这个几何图形是 这个方程式有一个经验参数，它允许调整旋风分离器的分离精度。 5揭示了设计旋风分离器另一种通俗的方法。这 个方法认为湍流让旋风分 离器中任意 高度的粒子 浓度充分混合。理论允许 为任何大小和任意设计的旋风分离器的粒子的收集效率进行 直接计算 。但是不幸地，有实验的证据支持事实上的确有一个浓度梯度在旋风分离器的径向。 et 6修正了气体平均停留时间 的评估 ， 而且在 2 和 接近 于由许多研究人员研究得 出的典型的 将旋风分离器分为 三个区域：入口区域 , 向下流 (或环形 ) 区域、和向上流 (或核心 )区域。 但是， 每个区域 的未收集的粒子 制造了一个统一的径向 浓度分布 。 这一项假定也 被证明是正确的。 已经延伸了 旋风分离器中存在第四个区域，它接近旋风分离器底部的灰尘出口。在那个区域，灰尘的再飞散效应大体上能被包括在内。更重要的 ，似乎无论是向上还是向下流动区域都要考虑有限的湍流扩散能力。 这方法避免 出现在 旋风分离器的中断。不同的理论包括：李和王 9虽然认同了有限的湍流扩散能力在制造径向浓度剃度中的角色， 但还是放弃了旋风分离器中不同流域的假说。 10提出一个高分离效率的理论。 它是 基于边界特性 提出的。 这个理论将旋风分离器分成两个区域，湍流区域和靠近墙壁区域。粒子在湍流区域的轨迹 是由流体运动计算出的，粒子在桶壁附近的收集概率是由 沉积速度计算的，而 沉积速度又是由湍流扩散和离心力决定的。另一种典型 理论由 et 11,12发展出来。 考虑了粒子负荷、桶壁粗糙度、二次流、压力损失以及收集效率主体上粒度变化的影 响。这一个理论可能是目前最实际的模拟旋风分离器的方法。 在现有的论文中， 有 一种用来预测旋风分离效率的更精确的方法。它是基于流线谱的研究、临界分离粒度理论、边界层分离理论发展起来的。它考虑了各种径向粒子浓度剃度 ，从而替代了用来考察旋风分离器中未收集粒子的统一的浓度分布曲线。这个用于计算收集效率的模型要与经验数据相比较。 2 理论 传统的旋风分离器的几何结构如图 1所示。为了发展新的用于决定收尘效率的计算方法，现作如下假定：粒子在形状上是圆球型的，粒子的运动不受 临近粒子的干扰，粒子的切向分速度与气流速度相同 ，而且忽略径向气体速度 。 3 图 L 8得出 直桶式旋风分离器 有效的分离区域 r 以下是 他们考虑的桶壁的粗糙度 : 4 虽然 但是结果与基于 亚历山大相关指数定律 典型的速度分布图一致 14。 这个表达式的优势是它提出一个对中心边缘的速度的定量评价， 有时 近似 等于进口速度。 2 1 2 质点运动 在最初的猜想下， 作用在 质点 上的力平衡在径向 上给出 ：方程式 (9)不容易求解 。 有一种用 忽略二阶导数 得出近似的 方法 解决 。它是假定质点在径向运动是固定不变得出的。方程式（ 9）可以化为： 通过粒子 轨迹方程式： 联立方程式（ 11）和（ 12） ： 由方程式（ 10），（ 11）和（ 13）得： 通过气体和粒子 的等速猜想，方程式（ 1）和（ 14）可化为 ： 对方程式（ 15）式积分并考虑边界条件 0= 0, r 0= (16) 5 2 2浓度分布 为描述粒子的浓度分布，必须定义指定点的临界微粒尺寸。微粒尺寸分布假设服从正态分布： 通过质点轨迹方程，任何位置的临界微粒尺寸应该可以用 (18） 假设粒子直径大于 于 则在该点的 粒子 浓度 为： 我们称之为临界分 离理论。 2 3分离效率 图 剖面示意 简图 图 2给出了气体微粒在水平截面上的分离过程示意图。每单位体积内粒子数量 C是 设在 旋风桶壁距离为 次过程中粒子要在切向方向运动 垂直方向 运动 被收集在控制体积内的微粒数量为： 6 在控制体积内总的微粒数量为： 根据边界层分离理论，微粒在控制体积内的位移段可从方程（ 20）与（ 21）联立得出： 粒径 阶梯效率函数图 在靠近桶壁处的轨迹方程式为： 对上述各式合并 结合得出： 7 效率等级为： 这里 9给出的： 3结果和讨论 为验证数学模型的有用性，实验性研究采用一个直径 验粉末采用 符合正态分布的滑石粉，其密度为 2700kg/m，几何标准偏差 旋风分离器 入口速度为 20 s，含尘量 图 3比较了现有理论的经验数据和以前的经典理论。比较表明， 新方法和 L及 率等级计算出 数据相一致。 另一方面，它 比 起 et 4总结 本文提出了一种理论方法评估旋风分离器的收集效率。虽然新模型没有给出对口含尘量 、粒子二次飞灰、旋风分离器几何尺寸包括涡管和旋风桶的影响，但是它可以作为一种计算旋风效率的新方法的着眼点。 与此同时，此课题的长远工作要求提高模型在实践中的适用性。 8 附录 a 进口高度 b 进口宽度 B 出口粒径 C 粒子浓度 进口粒子浓度 坎宁安修正系数 平均粒径 d 颗粒直径 D 分离器直径 排气管直径 h 分离器圆桶直径 H 分离器高度 L 分离器固定长度 N 颗粒数 N 进口颗粒数 P 气固动量转换参数 Q 气体体积率 颗粒径向位置 R 径向尺寸 D/2 S 排气管长度 t 时间 v 气体速度 z 9 希腊字母 圆锥锥度 收集效率 g 气体动态粘度 极坐标角度 0 颗粒原始角度 T 总旋转角度 p 颗粒单位质量密度 壁面摩擦系数 下标 ： d 旋风桶直径 g 气体 旋风分离器进口 i 微原 p 颗粒 切向坐标角度 r 径向坐标位置 w 桶壁附近 参考文献 1 58 (5) (1951) 144 151. 2 W. of on of 8 (1956) 1 9. 3 J. D. of 4 D. 10 12 (3) (1990) 598 606. 5 D. W. of a 68 (126) (1972) 196 206. 6 R. M. A of . 37 (2) (1991) 285 289. 7 of . 27 (6) (1981) 888 892. 8 H. F. Lof in 28 (2) (1988) 231 240. 9