文丘里管出口截面積對(duì)粉末流速的影響.docx

1、文丘里管出口截面積對(duì)粉末流速的影響楊海波，黃民，高宏（北京信息科技大學(xué)，北京100192）摘要：簡單介紹了文丘里管的結(jié)構(gòu)原理，做設(shè)丈丘里管吸入口吸入的物質(zhì)為粉末（如玻璃微球、木粉等），對(duì)不同詁構(gòu)尺寸出口截面積的文丘里管做有限元流體力學(xué)數(shù)值模擬，分析在不同出口截面積對(duì)吸入粉末的流速的影響，敢后用實(shí)驗(yàn)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)一步齡證。通過對(duì)實(shí)瞼數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬分析的比較發(fā)現(xiàn)吸入粉末的流速隨著由口截而枳的增大而提高，當(dāng)出口截面積增大到一定尺寸時(shí)粉末的流速不再增大反而略撮有所下降。關(guān)鍵詞：文丘里管；姑構(gòu)原理；數(shù)值分析中圖分類號(hào):TH81文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：1672-545X（2013）01-0007-03隨著現(xiàn)

2、代工業(yè)的迅速發(fā)展，文丘里管因其具有體積小，真空度高，產(chǎn)生真空快等優(yōu)點(diǎn)，在化工、汽車、機(jī)械制造等行業(yè)中得到廣泛地應(yīng)用。文丘里管利用高壓空氣流從小孔吹出的方式而產(chǎn)生吸附力并使被吸入物質(zhì)被氣源輸送出去，該裝置采用空氣動(dòng)力學(xué)原理，結(jié)構(gòu)簡單易操作。1文丘里管工作原理當(dāng)氣體在文丘里管里面流動(dòng)，在管道的最窄處,氣體的速度因?yàn)闄M截面積變化的關(guān)系而上升。整個(gè)氣流都要在同一時(shí)間經(jīng)歷管道縮小過程，因而產(chǎn)生較大的壓差，這個(gè)壓差用于給粉體提供一個(gè)外在吸附力，外在的吸附力隨著這個(gè)壓差的變化而變化。文丘里管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。處口圖1文丘里管結(jié)構(gòu)示意圖壓縮空氣從文丘里管的入口（空氣入口）進(jìn)入,通過截面很小的喉部以2處）

3、。隨著截面減小,壓縮空氣的壓強(qiáng)增大，流速也隨之變大。這時(shí)就在吸入口內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)真空度,致使粉末被吸入文丘里管內(nèi)，隨著壓縮空氣一起流進(jìn)擴(kuò)散腔內(nèi)U2段）增加氣體的流速，之后通過出口排出。圖2中al和“2分別為文丘里管的前后傾角，管直徑為dl,喉部直徑為d2,空氣進(jìn)口長度為，平直段長度為擴(kuò)展段長度為£2,出口直徑為d3。文丘里管的工作原理可以用伯努利方程和連續(xù)方程來表達(dá)：伯努利方程：七+常數(shù)（1）2gy連續(xù)方程：V-A=常數(shù)（2）式中，V為流體流速,m/s;g為重力加速度,m/s2;P為流體壓力，Pa;y為流體比重,M/n3;Z為流體勢(shì)能,m;A為過流截面,nA,文丘里管的流量特征可用下式表

4、示：式中，0為注入文丘里管的液體;Q2為文丘里管流出流量,m/s;H為文丘里管前后壓差,m;M為文丘里管前后壓力損失,Pa;K2為與H相對(duì)應(yīng)的總阻力綜合參數(shù)；Pi為并聯(lián)文丘里管的入口壓力，Pa;P2為并聯(lián)文丘里管的出口壓力，Pao支管兩端的壓力損失AH可用下式表達(dá)：蘇（4）收稿日期:2012-10-16作者簡介:楊海波（1983-）,男，江蘇淮安人，碩士，研究方向?yàn)?多相耦合噴涂設(shè)備的技術(shù)研究與開發(fā)。(2)、(3)、(4)可以推出:魴號(hào)=釧唁)卦"其中(5)式中，d為噴管各處的直徑,m。又由式(2).(3)可以推出：七=42七=4(6)式中，V2為通過文丘里管導(dǎo)出的液體流速,m/s;

5、匕為通過文丘里管喉部的流速,m/s。在文丘里管的喉部應(yīng)用伯努利方程(1)得:紅+白-|AZi2=白如+&+務(wù)y2gy2g式中，R為文丘里管的喉部壓力，pa;知為文丘里管逐步縮小的壓力損失,m;d為壓力表(1)與文丘里管前端之間的壓力損(8)失,m。由(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、可以推出P3與P、R、0以及文丘里管結(jié)構(gòu)性能參數(shù)(/GE、C、擊、后)之間的函數(shù)關(guān)系式：P3=+虹(0-oJy+P,(9)式中，C,為與A/n相對(duì)應(yīng)的前傾角阻力系數(shù)；C為與也曰相對(duì)的阻力系數(shù)。根據(jù)以上推導(dǎo)，理論上可得出如下結(jié)論：(1) 文丘里管喉部壓力n與前后壓力差A(yù)P成線性關(guān)系，即與(。2-0尸成線

6、性關(guān)系；(2) 文丘里管喉部壓力R與流量:平方成線性關(guān)系。2數(shù)值模擬2.1采用模型-湍流模型本文采用k_8標(biāo)準(zhǔn)的模型，湍流粘度U,=pC.歐。對(duì)不可壓縮流體/和£的方程分別定義為：8+(普嘿)借嗤)以上常數(shù)分別為:G=1.44,C”=1.9,Ctt=0.09,ak=l.O.a,=1.32.2基本假設(shè)數(shù)值模擬所使用的文丘里管結(jié)構(gòu)如圖1所示，本文對(duì)基于該結(jié)構(gòu)文丘里管中的流場(chǎng)進(jìn)行模擬，入口空氣壓力為0.4MPa,吸入口吸入物體為粉末(玻璃微球)并且假設(shè)流場(chǎng)為穩(wěn)定的無溫差存在的流場(chǎng);在測(cè)髭段入口處，氣固兩相流動(dòng)已是充分發(fā)展的湍流,入口處顆粒的徑向速度為零，且顆粒在氣體中均勻分布;顆粒為大小均

7、勻,具有同一直徑d的球體，不考慮形狀帶來的影響。邊界條件的設(shè)定如下：(1) 入口條件軸向速度：Uk、o=Upfi=26m/s徑向速度：K、o=Vpa=0m/s氣相的湍能：*o=0.005s0湍能耗散率：%=。0.7火“0/0.。14(2) 出口條件氣相:薯=03=u,v,k,6)dx顆粒相：毀-=0(S=(/p,*,Kp,8p)dx2.3模擬結(jié)果使用基于有限元流體力學(xué)軟件FLUENT進(jìn)行模擬計(jì)算。采用不同出口直徑03)如表1進(jìn)行數(shù)值模擬分析。由于軸對(duì)稱性，只需要選取文丘里管軸向截面的一半作為研究對(duì)象。計(jì)算采用的網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。數(shù)值模擬得到的文丘里管粉末速度流場(chǎng)的示意圖，如圖2所示。在出口壓

8、力一定的情況下，對(duì)不同出口直徑的文丘里管機(jī)構(gòu)分別做數(shù)值模擬分析。式中，££為支管各處(包括文丘管)的總阻力系數(shù)；v為通過支管各處的流S,m/So導(dǎo)出總阻力綜合參數(shù)K2及流速1，2、右，由式從圖2中可以看出.隨著出口截面積的增大，粉末的流速在增大，也就是說文丘里管的吸附力在增大。當(dāng)出口截面積增大到一定時(shí)，粉末的流速就不會(huì)增加反而會(huì)略有減小。從圖2可以得到不同出口截面積和粉末流速的曲線圖(圖3)。從圖2中可以看出.隨著出口截面積的增大，粉末的流速在增大，也就是說文丘里管的吸附力在增大。當(dāng)出口截面積增大到一定時(shí)，粉末的流速就不會(huì)增加反而會(huì)略有減小。從圖2可以得到不同出口截面積和粉

9、末流速的曲線圖(圖3)。結(jié)構(gòu)尺寸rf2(mm)Ll(mm)£2(min)al(°)a2(°)1204430701815220463070181532049307018IS4204123070181552041430701815表1不同出口結(jié)構(gòu)尺寸圖2數(shù)值模擬文丘里管粉末速度流場(chǎng)的示意圖裝備制造技術(shù)2013年第1期新測(cè)雖重域的方法得到粉體的流速，在入口氣壓和出口截面積一定的情況下，測(cè)最出單位時(shí)間內(nèi)流出粉末的重量，從而推算出粉末流速的大小，圖4是實(shí)驗(yàn)得到的出口直徑與粉末流速的關(guān)系曲線。4結(jié)束語通過對(duì)文丘里管內(nèi)的不同出口截面積粉末流速的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,可以得出以下結(jié)

10、論：(1) 在入口壓力一定時(shí),粉末流速隨著出口截面積的增大而增大，當(dāng)出口大于12mm時(shí)粉末流速會(huì)略微有所下降；(2) 由圖3、4可以看出數(shù)值模擬和實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，同時(shí)也可以看出在出口直徑12mm時(shí),粉末流速與直徑基本是線性關(guān)系；(3) 在直徑6mm時(shí)，由于實(shí)際上顆粒不是球形，粒徑不均勻，表面粗糙，相互之間存在碰撞，所以粉體流速變化比較大。1012141668圖3數(shù)值模擬粉末流速的曲線圖d(mm)圖4實(shí)驗(yàn)得到粉末流速曲線圖3實(shí)驗(yàn)分析在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，采用不同的出口結(jié)構(gòu)，如表1所示，入口氣體速度u=26m/s,入口氣壓為0.4MPa,顆粒的密度為1350kg/m',平均粒徑為90umo試

11、驗(yàn)參考文獻(xiàn)：1張也影.流體力學(xué)M.北京:高等教育出版社，1992.王文琪，侯明，于榮憲.用長頸文丘利管測(cè)量氣固兩相流扯J.東南大學(xué)學(xué)報(bào),1989,19(5)：82-87.岑可法，樊建人.工程氣固多相流的理論及計(jì)算(MJ.杭州:浙江大學(xué)出版社,1990.4王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析YFD軟件原理與應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,2004.5胡仁喜.ANSYS13.0/FLOTRAN流場(chǎng)分析MJ.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.6童來綱，孔祥言，等.氣體動(dòng)力學(xué)M.北京:高等教育出版社,1990.7周力行.湍流氣粒兩相流動(dòng)和燃燒的理論與數(shù)值模擬M.北京:科學(xué)出版社,1994.8蓋國勝.粉體工程M.北京

12、:清華大學(xué)出版社,2009.VenturiTubeExportSectionAreaoftheInfluenceofthePowderFlowRateYANGHai-bo,HUANGMin,GAOHong(Beijinguniversityofscienceandtechnologyinformation,beijing100192,China)Abstract:Thispaperbrieflyintroducedtheventuritubestructureprinciple,assumingventuritubeinletsuctionmaterialforpowder(suchasgla

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