基于fluen的自吸风喷雾与常规喷雾的比较研究

基于fluen的自吸风喷雾与常规喷雾的比较研究

0煤矿工人尘肺病的现状如今，粉末已成为行业中最严重的灾害。例如，无论采用何种防雨措施，工作场所中的粉末重量重量通常为3000mg。如果使用工业粉，则重量最高的是5000mg。当固体颗粒含量达到20%以上时，总粉末和总粒径颗粒的体积超过100倍。据统计,各种煤矿生产区尘肺病人数占全国尘肺病人数的3/4左右,约31.40万人,而且这一数据仍在不断增长。粉尘不仅损害了煤矿工人的身心健康,同时也使国家在处理粉尘方面花费了大量的人力物力,造成了相当大的经济损失,目前已经引起了国内外重视。随着近几年科技的发展,治理煤矿粉尘的研究工作已取得很大进步,目前煤矿掘进工作面主要采用喷雾降尘。由于雾化程度与降尘效率有直接关系,因此本文基于Fluent软件分析压气水自吸风喷雾与常规喷雾,来比较出压气水自吸风喷雾降尘的优越性。1fluen软件介绍Fluent软件是适用于每个领域的流动模拟软件,只要涉及流体、热传递及化学反应等的工程问题,都可以用Fluent进行解算。Fluent软件包由下列几部分组成:(1)前处理器:Gambit是用于网格的生成,它是具有极强的组合构建模型能力的专用性CFD前处理器;(2)求解器Fluent:它是整个流体计算的核心;(3)后处理器:Fluent求解器本身就附带有后处理功能,同时,Tecplot也是一款具有专业水准的后处理器,能够将某些数据可视化。2根据喷雾干燥的评价2.1常规喷雾装置模型的建立本实验是用来模拟旋转射流的喷射效果,其采用扩散式旋转喷嘴,孔径为3mm。在运用Fluent软件之前,需先利用Gambit软件建立一个模型,压气水自吸风喷雾以及常规喷雾装置的模型分别如图1、图2所示。另外,在射流出口处建立一个自由空间,其目的是便于观察自由空间的流场分布。2.2喷嘴网格的加密划分时采用非结构化网格,虽然网格的生成相对复杂,但是针对边界条件很复杂的流场来说计算效果较好。可以根据实际需要选择恰当的网格间距,一些物理量变化很复杂或很明显的区域可以进行加密处理。鉴于喷嘴尺寸小,附近流场的变化梯度大,因此需要对喷嘴周围的网格加密。第1步先将喷嘴的出口进行边的网格划分,在Spacing菜单中选择Intervalcount按钮,选取数值为10,然后分别对射流管内部流场以及外部流场进行面的网格划分,射流管和外部流场均采用非结构化网格,选取面积分别为5和10。最终得到所需要的网格模型,网格数在30万~50万之间,如图3、图4所示。2.3喷雾的物理模型分析压气水自吸风喷雾边界条件的设置如图5所示:喷嘴连接处的导管入口定义为inlet。集风器入口以及扩散管出口均定义为outlet。同时将射流管壁及水管壁都定义为wall,其满足Fluent所默认的无滑移条件壁面。常规喷雾的边界条件设置如图6所示:喷嘴连接处的导管入口作为压力入口,将管壁作为壁面,剩余的边界均作为压力出口。本文所讨论的数值模拟为气液两相混合的射流喷雾模拟,属于非淹没射流的范围。为了解不同因素对喷雾射流造成的影响,分别进行压气水自吸风喷雾以及常规喷雾的内部及外部流场数值模拟的分析。然后将绘成的网格模型输进Fluent软件中,进而根据不同的流场设置初始参数来模拟计算。压气水自吸风喷雾流场选择定常稳态流动、隐式分离式求解器、Mixture模型。将水设为初始相,空气为第2相,外部的环境设为标准大气压,入口的压力设为20MPa,空气的体积分数设为0.7,出口处则为标准大气压,空气体积分数为1.0。将求解器中的压力离散方法用标准化离散设置,压力与速度的耦合采用SIMPLE算法,体积分数、湍动能、动量以及耗散相离散方法均采用默认的设置。常规喷雾的模拟也选择定常稳态流动、隐式分离式求解器以及Mixture模型。初始相为空气,第2相为水,入口压力为2MPa,水的体积分数为1.0,出口处为标准大气压,水的体积分数为0。压力离散方法设为标准化离散,压力和速度的耦合采用SIMPLE算法,体积分数、湍动能、动量以及耗散相离散方法均采用默认的设置。3压气水自吸风喷雾的雾化角不同喷雾的流场分布如图7、图8所示,流场速度最大的位置位于喷嘴的出口处,在管道中发展之后,在管道射流边界层受到紊流的干扰,使其射流速度逐渐减慢,造成此结果的原因为射流和周围的空气间发生了动量交换;进入渐缩管喉管之后,静压变为动能,喉管内部的能量交换造成了射流速度均有不同程度增加。整体来看,压气水自吸风喷雾的雾化角比较大,并且其流场比较均匀。与常规喷雾相比,压气水自吸风喷雾的喷嘴出口处的速度梯度相对较大,在压气水自吸风高压气流的作用下,喷雾在喷出后不断和空气进行能量交换,并且在很长一段距离内保持一定速度,因此压气水自吸风在出口处的流场速度分布更加均匀。利用DPM模型比较两种喷雾流场的雾滴粒径的特征,对喷雾流场中离子的运动轨迹进行模拟,分别得到两种情况下距离出口截面为200mm处的雾滴粒径,图9、图10所示为Fluent导出的结果。通过截图可知压气水自吸风喷雾粒径为65.02μm,常规喷雾粒径为113.50μm。以此方法类推得到距出口截面分别在250,300,350,400,450,500mm处时的粒径大小,如图11所示。从图中可以看出,在选取的截面与出口距离都增加的同时,雾滴的平均粒径也随之增大。还可以发现,对于同一截面的压气水自吸风喷雾的平均粒径相较于常规喷雾更小。4压气水自吸风喷雾的平均粒径本文主要利用Fluent软件对压气水自吸风喷雾和常规喷雾进行了数值模拟,分析对比了两者的流场分布特点,通过实验观察可以发现:使用压气水自吸风喷雾这一方式的流场分布相较于常规喷雾更均匀,雾化角更大。另外,分别对两者的雾滴运动轨迹进行跟踪模拟,从而得出每1个射流管在不同截面时所对应的粒径大小,其中距出口的截面为200mm距离时的粒径分别为65.02μm和113.50μm,以此方法类推得到距出口的截面为250,300,350,40