袋式除尘器流场气流均匀性的数值模拟.pdf.doc

装备制造技术2013 年第 9 期!设计与计算!袋式除尘器流场气流均匀性的数值模拟杨燕珍，温发林（龙岩学院 物理与机电工程学院，福建 龙岩 364012）摘 要：许多袋式除尘器由于结构的原因，往往内部流场的气流分布不均现象比较明显，内部流场气流分布不均，会加剧滤袋的磨损,降低除尘器的除尘效率。分别对加装与水平面成 60、45、30角布置的气流均布板的模型进行模拟，对比 分析得出最优方案，为袋式除尘器的结构优化设计提供了依据。关键词：袋式除尘器；数值模拟；气流均布板中图分类号：X701.2文献标识码：A文章编号：1672-545X（2013）09-0017-02袋式除尘器由于其除尘效率高、结构简单、运行 稳定并且可以处理高浓度含烟尘气体等优点，成为 应用最广泛的除尘设备之一。袋式除尘器内部气流 分布比较复杂，除尘器钢结构、进气速度和滤袋布置 等都会对其产生较大影响。本文利用计算流体动力学对袋式除尘器内部流场进行数值模拟，提出在进气通道内添加气流均布板的改进措施，但是气流均布板的放置角度的不同 对袋式除尘器内部流场的改善程度也不尽相同。本文分别对加装与水平面成 60、45、30角布置的气 流均布板的模型进行模拟，通过对比分析得出最优 方案，为袋式除尘器的结构优化设计提供了依据。1几何模型的建立和数值计算方法1.1 模型的假设和简化由于袋式除尘器各个气室内部结构和流场的复杂性，在建模前，对其作以下假设及简化：（1）对除尘器箱体内的烟气进行简化，作单相流进行模拟；（2）在实际中，随着袋式除尘器的运行使用，其滤袋表面的粉尘厚度是不断变化的，在此仅做静态处理，假设粉尘厚度一定；（3）假设滤袋在过滤过程中不考虑形变，将滤袋以圆柱面来表示；（4）假设模型气体参数为常温下的空气参数； （5）假设除尘器进气口的气流速度是均匀的。1.2 几何模型及网格划分本文以福建某环保公司的袋式除尘器的为模拟收稿日期：2013-06-09对象，该除尘器为侧进风结构形式，其钢结构包括灰 斗、上箱体、中箱体、进出气口、出气口等部分。模型的 基本参数如下：灰斗为高 4 000 mm 的倒四棱锥台，上 箱体是长方体，其长为 7 710 mm，宽为 5 930 mm，高为 1 670 mm；中箱体高为 3 000 mm，底面尺寸为 1 000 mm500 mm，滤袋的直径为 44 mm，长为 3000 mm，每 个气室都分布着 15 个滤袋。本文利用 Gambit 软件对计算区域划分网格，采 用有限体积法对方程计算区域进行离散。采用结构 化和非结构化混合的方式进行网格划分：进气口、出气口、滤袋周围区域和滤袋都采用结构化网格，灰斗 采用非结构化网格。模拟区域所划分的总网格数约 为 100 万。1.3 数值计算方法和边界条件本文采用标准的 k- 双方程模型，压力 - 速度耦合采用 SIMPLE 算法，稳态 3D 的压力基求解器， 对流项选取二阶迎风离散格式，在近壁区采用标准 壁面函数法。本模型的进口采用 velocity-inlet 边界条件，出口采用 outflow 边界条件，对称面采用对称边界条件。除尘器布袋采用鲁棒性和收敛性较好的多孔跳跃边界条件，模拟计算时输入的边界条件值：进口风速为 10 m/s，空气密度 为 1.225 kg/m3，滤袋表面的渗透 性 3.5e-11 m2，其厚度为 2 mm。2计算结果及分析2.1 综合流量不均幅值综合流量不均幅值是指所有滤袋的流量分配系作者简介：杨燕珍（1985），女，福建三明人，助教，主要研究数字化设计、现代设计理论方法。17Equipment Manufacturing Technology No.9，2013数与理想状态下的绝对均匀系数 1.0 之差的绝对值 的平均值，这个参数综合考虑了各个滤袋的流量偏差，评价比较全面，记作 K ，可表示为：K = ! !Kqi - 1.0 /n 式中，n 是模型中滤袋的总个数。2.2 速度云图对比为了更好研究气流对布袋的影响，选取沿平行于x 轴的方向，且通过各个布袋的直径截面的速度分布云图来进行分析，图 1 和 2 分别为 Y = 1 930 mm 截面速度云图及 Y =-3 535 mm 截面速度云图。图 1 Y = 1 930 mm 截面速度云图图 2 Y = -3 535 mm 截面速度云图2.3 对比分析结果计算结果显示，当气流与后壁面强烈碰撞后，气流在这里分成了两股势力，一股具有向上部空间直 接发展的趋势，一股是向下沿着灰斗壁面绕流。具有向上部空间发展趋势的这股势力，在加装了气流均布板的模型中，因为受到气流均布板的作用，在这里被分流，一部分气流通过板上的开口流出，一部分由于受到气流均布板的阻挡，沿着板的末 端方向流动，在均布板末端处向上部的气室发展。与原型相比，在气流均布板的作用下，布袋底部没有直接受到高速气流的冲击，原本要形成射流的一部分 气流被气流均布板阻挡和分流。从各截面图的速度云图看，在加装了气流均布 板的除尘器内，气流场的均匀得到了一定的改善。并且从云图中可以看出，加装 30气流均布板的模型， 比加装 60和 45的模型，速度均匀程度都有了更好 的改善。由流量和流量分配系数表可以计算得出，在袋 式除尘器原型模型中，最大的流量分配系数为 1.38最小的流量分配系数为 0.63，其中最大流量不均幅 值为 0.75，而进行综合计算后，得出的综合流量不均 幅值为 0.213 0；加装 60气流分布板后的袋式除尘 器的模拟中，箱体内气流的最大流量分配系数为 1.40，最小流量分配系数为 0.68，其中最大流量不均幅 值为 0.72，而进行综合计算后，得出综合流量不均幅值 为 0.1904。加装 45气流分布板后的袋式除尘器的模 拟中，箱体内气流的最大流量分配系数为 1.39，最小 流量分配系数为 0.70，其中最大流量不均幅值为 0.69，而进行综合计算后，得出综合流量不均幅值为 0.1878。在袋式除尘器加装 30气流均布板的模型中， 最大的流量分配系数为 1.36，最小的流量分配系数为 0.69，因此，综合流量分配系数也可以看出加装 30的气流均布板的模型优于加装 60和 45的模型。3结束语运用 Fluent 软件能够很好地模拟出袋式除尘器 内流场分布，使工程人员能够清晰地了解其内部气 流分布的情况，这是物理实验难以达到的效果，这可 以进一步指导除尘器的设计、运行和改进。加装了气 流均布板后，箱体内的气流分布得到了明显的改善， 综合流量不均匀幅值有明显降低，但是在加装气流 均布板时要考虑二次扬尘的影响，来合理选择角度。参考文献：1 李少华，王坤玉，格日勒，等. 袋式除尘器气流分布均匀性 的数值模拟J. 电站系统工程，2009，25（2）：17-19.2 付海明，赵友军. 袋式除尘器流场动态测试及优化J. 中南 大学学报，2010，41（2）：799-806.Numerical Simulation of Distribution Uniformity in Bag-type FilterYANG Yan-zhen，WEN Fa-lin(College of Physical and Mechanical and Electrical Engineering，Longyan University，Longyan Fujian 364012，China）Abstract：Many bag filter due to structural reasons, the phenomenon of the airflow no uniform distribution, which damages air bag easily, affects dusting efficiency, etc is obvious. In this paper, respectively to add with the horizontal airflow board into 60, 45,30angle layout model of air flow uniform