文丘里管出口截面积对粉末流速的影响.docx

1、文丘里管出口截面积对粉末流速的影响杨海波，黄民，高宏（北京信息科技大学，北京100192）摘要：简单介绍了文丘里管的结构原理，做设丈丘里管吸入口吸入的物质为粉末（如玻璃微球、木粉等），对不同诂构尺寸出口截面积的文丘里管做有限元流体力学数值模拟，分析在不同出口截面积对吸入粉末的流速的影响，敢后用实验对模拟结果进一步龄证。通过对实睑数据和数值模拟分析的比较发现吸入粉末的流速随着由口截而枳的增大而提高，当出口截面积增大到一定尺寸时粉末的流速不再增大反而略撮有所下降。关键词：文丘里管；姑构原理；数值分析中图分类号:TH81文献标识码:A文章编号：1672-545X（2013）01-0007-03随着现

2、代工业的迅速发展，文丘里管因其具有体积小，真空度高，产生真空快等优点，在化工、汽车、机械制造等行业中得到广泛地应用。文丘里管利用高压空气流从小孔吹出的方式而产生吸附力并使被吸入物质被气源输送出去，该装置采用空气动力学原理，结构简单易操作。1文丘里管工作原理当气体在文丘里管里面流动，在管道的最窄处,气体的速度因为横截面积变化的关系而上升。整个气流都要在同一时间经历管道缩小过程，因而产生较大的压差，这个压差用于给粉体提供一个外在吸附力，外在的吸附力随着这个压差的变化而变化。文丘里管的结构示意图如图1所示。处口图1文丘里管结构示意图压缩空气从文丘里管的入口（空气入口）进入,通过截面很小的喉部以2处）

3、。随着截面减小,压缩空气的压强增大，流速也随之变大。这时就在吸入口内产生一个真空度,致使粉末被吸入文丘里管内，随着压缩空气一起流进扩散腔内U2段）增加气体的流速，之后通过出口排出。图2中al和“2分别为文丘里管的前后倾角，管直径为dl,喉部直径为d2,空气进口长度为，平直段长度为扩展段长度为£2,出口直径为d3。文丘里管的工作原理可以用伯努利方程和连续方程来表达：伯努利方程：七+常数（1）2gy连续方程：V-A=常数（2）式中，V为流体流速,m/s;g为重力加速度,m/s2;P为流体压力，Pa;y为流体比重,M/n3;Z为流体势能,m;A为过流截面,nA,文丘里管的流量特征可用下式表

4、示：式中，0为注入文丘里管的液体;Q2为文丘里管流出流量,m/s;H为文丘里管前后压差,m;M为文丘里管前后压力损失,Pa;K2为与H相对应的总阻力综合参数；Pi为并联文丘里管的入口压力，Pa;P2为并联文丘里管的出口压力，Pao支管两端的压力损失AH可用下式表达：苏（4）收稿日期:2012-10-16作者简介:杨海波（1983-）,男，江苏淮安人，硕士，研究方向为:多相耦合喷涂设备的技术研究与开发。(2)、(3)、(4)可以推出:鲂号=钏唁)卦"其中(5)式中，d为喷管各处的直径,m。又由式(2).(3)可以推出：七=42七=4(6)式中，V2为通过文丘里管导出的液体流速,m/s;

5、匕为通过文丘里管喉部的流速,m/s。在文丘里管的喉部应用伯努利方程(1)得:红+白-|AZi2=白如+&+务y2gy2g式中，R为文丘里管的喉部压力，pa;知为文丘里管逐步缩小的压力损失,m;d为压力表(1)与文丘里管前端之间的压力损(8)失,m。由(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、可以推出P3与P、R、0以及文丘里管结构性能参数(/GE、C、击、后)之间的函数关系式：P3=+虹(0-oJy+P,(9)式中，C,为与A/n相对应的前倾角阻力系数；C为与也曰相对的阻力系数。根据以上推导，理论上可得出如下结论：(1) 文丘里管喉部压力n与前后压力差AP成线性关系，即与(。2-0尸成线

6、性关系；(2) 文丘里管喉部压力R与流量:平方成线性关系。2数值模拟2.1采用模型-湍流模型本文采用k_8标准的模型，湍流粘度U,=pC.欧。对不可压缩流体/和£的方程分别定义为：8+(普嘿)借嗤)以上常数分别为:G=1.44,C”=1.9,Ctt=0.09,ak=l.O.a,=1.32.2基本假设数值模拟所使用的文丘里管结构如图1所示，本文对基于该结构文丘里管中的流场进行模拟，入口空气压力为0.4MPa,吸入口吸入物体为粉末(玻璃微球)并且假设流场为稳定的无温差存在的流场;在测髭段入口处，气固两相流动已是充分发展的湍流,入口处颗粒的径向速度为零，且颗粒在气体中均匀分布;颗粒为大小均

7、匀,具有同一直径d的球体，不考虑形状带来的影响。边界条件的设定如下：(1) 入口条件轴向速度：Uk、o=Upfi=26m/s径向速度：K、o=Vpa=0m/s气相的湍能：*o=0.005s0湍能耗散率：%=。0.7火“0/0.。14(2) 出口条件气相:薯=03=u,v,k,6)dx颗粒相：毁-=0(S=(/p,*,Kp,8p)dx2.3模拟结果使用基于有限元流体力学软件FLUENT进行模拟计算。采用不同出口直径03)如表1进行数值模拟分析。由于轴对称性，只需要选取文丘里管轴向截面的一半作为研究对象。计算采用的网格为非结构化网格。数值模拟得到的文丘里管粉末速度流场的示意图，如图2所示。在出口压

8、力一定的情况下，对不同出口直径的文丘里管机构分别做数值模拟分析。式中，££为支管各处(包括文丘管)的总阻力系数；v为通过支管各处的流S,m/So导出总阻力综合参数K2及流速1，2、右，由式从图2中可以看出.随着出口截面积的增大，粉末的流速在增大，也就是说文丘里管的吸附力在增大。当出口截面积增大到一定时，粉末的流速就不会增加反而会略有减小。从图2可以得到不同出口截面积和粉末流速的曲线图(图3)。从图2中可以看出.随着出口截面积的增大，粉末的流速在增大，也就是说文丘里管的吸附力在增大。当出口截面积增大到一定时，粉末的流速就不会增加反而会略有减小。从图2可以得到不同出口截面积和粉

9、末流速的曲线图(图3)。结构尺寸rf2(mm)Ll(mm)£2(min)al(°)a2(°)1204430701815220463070181532049307018IS4204123070181552041430701815表1不同出口结构尺寸图2数值模拟文丘里管粉末速度流场的示意图装备制造技术2013年第1期新测虽重域的方法得到粉体的流速，在入口气压和出口截面积一定的情况下，测最出单位时间内流出粉末的重量，从而推算出粉末流速的大小，图4是实验得到的出口直径与粉末流速的关系曲线。4结束语通过对文丘里管内的不同出口截面积粉末流速的数值模拟和实验研究,可以得出以下结

10、论：(1) 在入口压力一定时,粉末流速随着出口截面积的增大而增大，当出口大于12mm时粉末流速会略微有所下降；(2) 由图3、4可以看出数值模拟和实际实验结果基本一致，同时也可以看出在出口直径12mm时,粉末流速与直径基本是线性关系；(3) 在直径6mm时，由于实际上颗粒不是球形，粒径不均匀，表面粗糙，相互之间存在碰撞，所以粉体流速变化比较大。1012141668图3数值模拟粉末流速的曲线图d(mm)图4实验得到粉末流速曲线图3实验分析在实际实验中，采用不同的出口结构，如表1所示，入口气体速度u=26m/s,入口气压为0.4MPa,颗粒的密度为1350kg/m',平均粒径为90umo试

11、验参考文献：1张也影.流体力学M.北京:高等教育出版社，1992.王文琪，侯明，于荣宪.用长颈文丘利管测量气固两相流扯J.东南大学学报,1989,19(5)：82-87.岑可法，樊建人.工程气固多相流的理论及计算(MJ.杭州:浙江大学出版社,1990.4王福军.计算流体动力学分析YFD软件原理与应用M.北京:清华大学出版社,2004.5胡仁喜.ANSYS13.0/FLOTRAN流场分析MJ.北京:机械工业出版社,2011.6童来纲，孔祥言，等.气体动力学M.北京:高等教育出版社,1990.7周力行.湍流气粒两相流动和燃烧的理论与数值模拟M.北京:科学出版社,1994.8盖国胜.粉体工程M.北京

12、:清华大学出版社,2009.VenturiTubeExportSectionAreaoftheInfluenceofthePowderFlowRateYANGHai-bo,HUANGMin,GAOHong(Beijinguniversityofscienceandtechnologyinformation,beijing100192,China)Abstract:Thispaperbrieflyintroducedtheventuritubestructureprinciple,assumingventuritubeinletsuctionmaterialforpowder(suchasgla

13、ssmicrospheres,woodpowder,etc.),Onthedifferentstructuresizeexportsectionalareaoftheventuritubedofiniteelementnumericalsimulationoffluidmechanics,Analysisindifferentoutletcrosssectionareaofflowvelocityofsuctionpowder,theinfluenceoftheexperimentalsimulationresultsfurtherverification.Basedonthedataoftheexperimentsandthenumericalsimulationanalysiscomparisonsuctionpowderflowal