脈沖袋式除塵器噴吹氣流的數(shù)值模擬

1、 脈沖袋式除塵器噴吹氣流的數(shù)值模擬袋式除塵器脈沖噴吹的清灰效果是影響設(shè)備運(yùn)行阻力和濾袋使用壽命的主要因素之一. 如圖1 所 示,含塵氣體進(jìn)入中箱體,經(jīng)濾袋過濾后潔凈氣體由上箱體出口排出. 噴吹時(shí),壓縮氣體由噴嘴高速噴 出,誘導(dǎo)噴嘴周邊的數(shù)倍氣體在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入濾袋,濾袋急劇膨脹、振動(dòng),從而使附著在濾料表面的粉塵 層剝落122 . 目前有關(guān)脈沖噴吹氣流及其性能參數(shù)優(yōu)化商量的報(bào)道文獻(xiàn)不多,設(shè)計(jì)中對噴吹裝置噴吹效 果的推斷,大多是依據(jù)閱歷,或者通過實(shí)物試驗(yàn)進(jìn)行的324 . 為了更好的了解噴吹氣流與濾袋間的作用狀 況,本文接受計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Comp utational Fluid Dynamics ,

2、簡稱CFD) 方法,使用Fluent 軟件對脈 沖噴吹氣流的壓力分布進(jìn)行了數(shù)值模擬,對于濾袋清灰裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的意義. 1 計(jì)算模型 噴吹氣流在濾袋內(nèi)的流場特別 簡單,為了便于建立數(shù)值計(jì)算模型,對濾袋內(nèi)外流場進(jìn)行如下簡化: (1) 以單條圓筒濾袋作為商量對象,并將其內(nèi)外氣流假定為不行壓縮流體; (2) 在噴嘴出口處,由于噴嘴直徑遠(yuǎn)小于濾袋直徑,可以假定噴吹氣流速度沿噴嘴徑向均勻分布; (3) 常溫計(jì)算條件,不涉及溫度對流場的影響; (4) 不考慮濾袋壁面的縱向位移; (5) 噴吹氣流在濾袋內(nèi)的流場是三維流淌問題,噴吹氣流沿濾袋長度方向的軸線是對稱的,可簡化 為二維問題. 圖2 (a)

3、為單條濾袋噴吹清灰的幾何模型,X 為噴吹距離(噴嘴距袋口距離) ,L 為濾袋長度,噴嘴直徑d ,D 為計(jì)算區(qū)域?qū)挾? 將引射空間、濾袋內(nèi)外空間作為計(jì)算區(qū)域.網(wǎng)格劃分時(shí),沿袋口方向網(wǎng)格間距為D/ 20 ,沿濾袋長度方向網(wǎng)格間距為L/ 10. 而對于噴嘴出口部分,因其對網(wǎng)格比較敏感,在網(wǎng)格劃分時(shí)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募用?以減小計(jì)算誤差,提高結(jié)算精度. 圖2 (b) 為 計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格圖,以及噴嘴部分的網(wǎng)格細(xì)化圖. 圖2 單條濾袋計(jì)算區(qū)域 Fig. 2 Calculated section of single filter bag 2 數(shù)值計(jì)算方法 2. 1 掌握微分方程 脈沖噴吹氣流的流淌過程接受的掌握方

4、程如下: 2. 2 邊界條件與初始條件 固體壁面包括上箱體壁面、噴管外壁、花板、袋底,其邊界條件接受壁面函數(shù)法5 . 中箱體壁面接受 恒壓邊界條件,依據(jù)壓力的大小確定出濾袋的外表面過濾氣速. 凈氣出口接受壓力出口邊界條件,濾袋 接受多孔跳動(dòng)邊界條件. 濾袋介質(zhì)作為滲流壁,其內(nèi)部沿半徑方向的流淌方程由非穩(wěn)態(tài)的Darcy 公式確定6 . 式中: v 為氣體通過袋壁的徑向速度,m/ s ; K 為濾袋壁滲透系數(shù),取決于濾袋和粉塵層的幾何結(jié)構(gòu)和化 學(xué)性質(zhì),m2 ;為黏性系數(shù),Pa s ; p ( t) 為不同時(shí)刻的濾袋壁面壓力值,Pa ; r 為徑向距離,m. 該流場的初始化是從恒壓面開頭初始化,恒壓

5、面的壓力接受中箱體的壓力. 脈沖噴吹是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的過程,非穩(wěn)態(tài)湍流流場的計(jì)算接受SIMPL E 算法7 . 工程上壓縮空氣的 噴吹時(shí)間一般設(shè)定在80150 ms 之間,在模擬計(jì)算時(shí)取100 ms ,求解步長取4/ 1 000 s. 3 數(shù)值模擬結(jié)果 3. 1 160 6 000 濾袋的模擬 濾袋的幾何尺寸為直徑= 160 mm ,長度L = 6 000 mm. 噴吹時(shí)間T = 100 ms ,噴吹距離X = 200 mm ,噴嘴d = 26 mm. 實(shí)驗(yàn)氣包壓力為0. 4 MPa ,實(shí)驗(yàn)接受的Goyen 沉沒式脈沖閥的阻力損失在0. 060. 07 MPa 之間829 ,模擬時(shí)接受的壓力 為0

6、. 33 MPa (數(shù)值模擬是從噴嘴處開頭計(jì)算) . 由于該實(shí)驗(yàn)袋口部分接受了文丘里管,故在模擬時(shí)也增加了文丘里管. 數(shù)值模擬得出濾袋各點(diǎn)的峰值壓力曲線,如圖3所示. 圖中同時(shí)給出了文獻(xiàn)10 在相同條件 下的實(shí)驗(yàn)檢測數(shù)據(jù). 由圖3 可以看出,兩條曲線基本吻合.在袋口00. 3 m 處,由于增加了文丘里管,峰值壓力較小,且其次個(gè)測試點(diǎn)(0. 3 m處) 的壓力值有所削減; 而后壓力開頭上升,在濾袋1m 處達(dá)到最大值;隨著濾袋長度的增加,壓力值不斷衰減; 到濾袋中下部,壓力有所回升. 在距袋口03 m 段,兩條曲線完全重合,在濾袋中下游部分,模擬值高于實(shí)測值. 這一偏差主要是由于實(shí)驗(yàn)測定與數(shù)值模擬

7、的有效噴吹時(shí)間和濾袋的滲透系數(shù)取值不全都造成的,可以通過調(diào)整參數(shù)取值來修正. 對比結(jié)果表明模擬值與實(shí)測所得峰值壓力曲線基本吻合,濾袋內(nèi)噴吹氣流壓力分布可以利用數(shù)值模擬的方法來分析. 圖3 濾袋側(cè)壁峰值壓力對比 Fig. 3 Comparison of t he peak pressure between t he experimental value and t he numerical calculations 3. 2 130 6 000 濾袋的模擬 圓筒濾袋通常的尺寸為130 、150 、160 mm 等幾種,長度一般在5 0008 000 mm 之間. 其中130 6 000 mm 的

8、濾袋在工程應(yīng)用中較多,對于長濾袋不宜加文丘里管,本文選擇130 6 000 mm濾袋進(jìn)行噴吹氣流壓力場的模擬. 圖4 脈沖噴吹不同時(shí)刻濾袋側(cè)壁壓力曲線 Fig. 4 Pressure inside a filter bag at different instant s 圖4 是常溫條件下130 6 000 mm 的濾袋,在T = 100 ms , X = 200 mm , d = 24 mm , P = 0. 2 MPa 時(shí)脈沖噴吹不同時(shí)刻濾袋壁面的模擬結(jié)果. 從圖4 中可以看出,濾袋壁面不同部位達(dá)到最大壓力值的時(shí)間是有差別的. 距袋口越遠(yuǎn),達(dá)到最大壓力值所需的時(shí)間越長. 40 ms 左右時(shí),

9、距濾袋口01 m 處壓力值達(dá)到最大;噴吹到60 ms 時(shí),距袋口13 m 處達(dá)到壓力最大 值;70 ms 左右,袋口壓力減小,距袋口36 m處濾袋壁面壓力達(dá)到最大值;而在80 ms ,100ms 時(shí)濾袋壁面的峰值壓力值不斷下降.在噴吹過程中,濾袋壁面受到的最大靜壓值即為峰值壓力. 峰值壓力是噴吹過程中一個(gè) 最直觀的表現(xiàn)形式,可以通過實(shí)驗(yàn)測量獲得. 據(jù)圖4 所示各時(shí)刻的壓力分布,經(jīng)計(jì)算后得圖5所示的濾袋壁面峰值壓力曲線. 由圖5 可見,峰值壓力不斷上升,距袋口約0. 5 m 處消失最大值,隨后由于噴吹氣流泄漏和運(yùn)動(dòng)壓力損失,峰值壓力開頭下降,噴吹氣流沖擊到封閉的濾袋底部,產(chǎn)生返流,導(dǎo)致濾袋底部的

10、壓力值回升.壓力上升速率是濾袋壁面的峰值壓力與壓力從零值上升到峰值所經(jīng)歷的時(shí)間的比值. 壓力上升速率是噴吹效果的一個(gè)重要評價(jià)指標(biāo). 圖6 是依據(jù)圖5 所示的模擬結(jié)果得出的濾袋壁面壓力上升速率曲線圖. 由圖6 可見,壓力上升速率從袋口開頭上升,距袋口約0. 5 m 處消失最大值,隨袋長的增加,壓力上升速率逐漸減小. 圖5 濾袋側(cè)壁峰值壓力 Fig. 5 Peak pressure during cleaning at various locations inside t he filter bag 圖6 濾袋最大壓力上升速率 Fig. 6 Most increscent velocity of

11、pressure at various locations inside t he bag 4 結(jié)論 (1) 利用CFD 方法對160 6 000 mm 濾袋的脈沖噴吹清灰過程進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果的基本趨勢全都,可以接受數(shù)值模擬的方法分析濾袋內(nèi)噴吹氣流的壓力分布. (2) 由130 6 000 mm 濾袋的數(shù)值模擬結(jié)果可以看出,在設(shè)定為100 ms 的噴吹時(shí)間里,隨著噴吹氣流向下運(yùn)動(dòng),濾袋壁面依次達(dá)到最大壓力值. 70 ms 以后,盡管還在連續(xù)噴吹,但壁面的峰值壓力下降,表明延長壓縮空氣噴吹時(shí)間對峰值壓力的提高不起作用. (3) 噴吹過程中,濾袋上部受到的峰值壓力最大,底部其次

12、,中部最小. 壓力上升速率從袋口開頭上升,距袋口約0. 5 m 處消失最大值,隨袋長的增加,壓力上升速率逐漸減小. 參考文獻(xiàn)References 1 L ; FFL ER F ,SIEVERT J . Cleaning mechanisms in pulse2jet fabric filtersJ . Filt ration & Separation ,1987 ,24 (3/ 4) :1102113. 2 MORRIS W J . Cleaning mechanisms in pulse jet fabric filtersJ . Filt ration & Separation ,1984

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