用格子氣和軟球模型對移動床除塵器的數(shù)值模擬研究.pdf

1、長期以來,復(fù)雜幾何邊界流動問題一直是計算流體力學(xué)領(lǐng)域的一大難題,用傳統(tǒng)的計算方法對煙氣在移動顆粒層多孔介質(zhì)內(nèi)部細微通道的流動狀態(tài)進行數(shù)值模擬將十分困難.格子氣方法作為一種新型的計算流體力學(xué)技術(shù),在幾何邊界條件的處理上具有傳統(tǒng)建模方法無法比擬的靈活性,它的產(chǎn)生和發(fā)展為模擬復(fù)雜邊界條件的流動現(xiàn)象提供了新的手段.在固相顆粒場的模擬中,直接數(shù)值模擬的軟球模型直接以經(jīng)典的牛頓定律為基礎(chǔ),所依據(jù)的理論準確可靠,可以追蹤、記錄場中每個顆粒的軌跡和運動

2、狀態(tài),通過計算機動畫顯示顆粒的運動過程,可以方便的發(fā)現(xiàn)顆粒間的運動碰撞規(guī)律.該文開創(chuàng)性的將格子氣方法和軟球模型結(jié)合起來,采用直接數(shù)值模擬法建立一種全新的氣-固兩相流數(shù)學(xué)模型,在兩相流模型中分別針對FHP格子氣自動機和軟球模型做了單獨的分析.利用這種方法建立一個移動床過濾除塵器數(shù)學(xué)模型,模擬除塵工況,研究煙氣在慮料顆粒層復(fù)雜細微通道內(nèi)的流動特性,并將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比分析,得出一些定性規(guī)律,從中探討除塵機理.為了研究過濾層內(nèi)多孔介質(zhì)的

3、結(jié)構(gòu),以便更深入地對除塵機理進行探討,該文用OpenGL編寫了一個三維動畫計算平臺,模擬計算結(jié)果形象逼真,對慮料顆粒層多孔介質(zhì)細微通道的形成、結(jié)構(gòu)進行分析研究.因為該文采用的FHP-Ⅱ格子氣模型只能用于計算二維氣相場,所以我們利用粉塵顆粒與慮料顆粒在體積以及質(zhì)量的數(shù)量級差距,對過濾器模型做了一些相應(yīng)的簡化.在邊界條件的處理上作出了大膽的嘗試,將慮料顆粒簡化為不動的固體邊界條件,并且將三維顆粒作柱狀簡化.模擬過程中,充分利用軟球模型的優(yōu)點

4、,跟蹤到每一個粉塵顆粒,統(tǒng)計粉塵顆粒與慮顆粒的碰撞頻次,從顆粒碰撞的角度來研究除塵機理.研究結(jié)果表明,粉塵顆粒與過濾層顆粒間碰撞次數(shù)同過濾除塵效率之間在變化趨勢上存在定性的一致,顆粒間的碰撞對除塵效果起著重要作用.移動床顆粒層除塵過程數(shù)值模擬的結(jié)果表明,系統(tǒng)的表觀速度,慮料粒徑以及粉塵粒徑對除塵性能有著重要影響.模擬結(jié)果顯示的碰撞次數(shù)隨著這些參數(shù)的改變趨勢與實驗結(jié)果得出的除塵效率的改變定性一致.計算結(jié)果表示在移動床過濾中過濾效率對塵粒粒