分叉流道中氣固兩相流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，對(duì)工業(yè)粉塵分離裝置的要求越來越高。工業(yè)粉塵不但危害人類的健康，而且會(huì)破壞工業(yè)設(shè)備，危害設(shè)備的安全運(yùn)行，造成設(shè)備零部件的頻繁更換，給國(guó)家財(cái)力帶來了巨大的損失?？紤]到慣性分離設(shè)備無運(yùn)動(dòng)部件、流動(dòng)阻力小，本文建立了分叉管道結(jié)構(gòu)形式的慣性分離裝置，研究其內(nèi)部氣固兩相流動(dòng)規(guī)律。 分叉管道中氣固兩相流動(dòng)，由于壁面帶有曲率，流動(dòng)速度大，完全依靠固體顆粒慣性形成氣固分離，故流動(dòng)較為復(fù)雜，導(dǎo)致流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和

2、數(shù)值模擬的困難。論文采用高速攝影，結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)跟蹤固體顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過標(biāo)定軌跡圖像中顆粒位置，實(shí)現(xiàn)了圖像法對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)速度的研究。通過工況對(duì)比，發(fā)現(xiàn)較大顆粒對(duì)空氣的跟隨性不好，且其分離效果受到很多因素影響，包括顆粒進(jìn)入管道的位置、速度大小和方向(速度角)、以及顆粒的球形度。在所有的工況下，顆粒速度角較小時(shí)分離效果較好；同密度下的塊狀顆粒分離效果總體上較球形顆粒好；隨著進(jìn)口空氣流速增加，顆粒分離的效果也更好。這些都是由于顆粒在收

3、縮管道內(nèi)主流方向上慣性力分量的增大，使顆粒有足夠的慣性力被甩入清除流道中。 在分析單個(gè)球形顆粒受力以及顆粒同壁面碰撞模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)分叉管內(nèi)部氣固兩相流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算。采用k-ε紊流模型和固相的離散相模型研究分叉管道內(nèi)的氣固分離現(xiàn)象，分析了分叉管道內(nèi)連續(xù)相流場(chǎng)隨進(jìn)口速度和清除流量系數(shù)的變化規(guī)律，得到隨著清除流量系數(shù)的增大，壓力損失系數(shù)出現(xiàn)急劇下降，而中心流道的壓力損失降低的幅度較小。這是因?yàn)殡S著清除流量系數(shù)的增大，

4、雖然清除流道中流速的增加，但回流的區(qū)域出現(xiàn)減小，流動(dòng)的阻力減小，損失減少。這些都說明了清除流道和中心流道壓力損失的主要因素不同：清除流道中回流是引起壓力損失的主要原因，而中心流道的壓力損失主要受流動(dòng)速度的影響。在顆粒的分離效率方面，研究了直徑在100μm以上的光滑球形顆粒，分析了影響分離效率的因素。加載顆粒的速度越小，分離效率越高；并且在顆粒速度角?=15°左右時(shí)，分離效率有一個(gè)最大值。 同時(shí)數(shù)值模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比