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脈沖式除塵器是一種的除塵器,在相關(guān)當(dāng)中具有廣泛的應(yīng)用。不過在實(shí)際應(yīng)用中,由于其噴吹管中各個(gè)噴口流量的不均勻分布,會降低其除塵效率和效果。對此,可采用流量修正、數(shù)值模擬等方面,優(yōu)化設(shè)計(jì)噴吹管的噴口。利用湍流模型,對雷諾時(shí)均方程進(jìn)行數(shù)值求解,從而在噴口半徑分布不同、入口壓力條件不同等情況下,對噴口流量分布和流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬,地縮短了設(shè)計(jì)周期,也降低了試驗(yàn)成本,為優(yōu)化設(shè)計(jì)脈沖袋式除塵器噴吹管提供了良好的依據(jù)和借鑒。
空氣除塵器主要包括濕式洗滌除塵設(shè)備、過濾式除塵設(shè)備、電除塵設(shè)備、機(jī)械式除塵設(shè)備等。其中,脈沖袋式除塵器屬于過濾除塵設(shè)備中的一種,在實(shí)際應(yīng)用中取得了理想的效果。在脈沖袋式除塵器當(dāng)中,核心部分和技術(shù)關(guān)鍵就是清灰系統(tǒng)。在脈沖袋式除塵器當(dāng)中,氣包、脈沖閥、噴吹管、壓縮空氣系統(tǒng)等共同構(gòu)成清灰系統(tǒng)。在清灰過程中,利用連接高壓氣包的脈沖閥,能夠?qū)嚎s氣體在0.2s以內(nèi)向?yàn)V袋中噴入,并將5倍到7倍的二次氣流誘導(dǎo)出。通過二次氣流的膨脹和噴射氣流的沖擊,能夠除去濾袋表面的積灰。
1 勻流噴吹管的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在勻流噴吹管的優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中,利用數(shù)值模擬計(jì)算,能夠得出對噴口直徑進(jìn)行修正的流量分布,從而將噴口流量控制到基本相同。結(jié)合氣體動(dòng)力學(xué)理論,噴口質(zhì)量流量與噴口半徑、流量系數(shù)、當(dāng)?shù)氐目倻睾涂倝旱榷加兄苯拥年P(guān)系。如果,在噴吹管內(nèi)部,具有均勻分布的流場,可以假設(shè)流量系數(shù)、總壓、總溫等參數(shù)為固定值,從而可得出相應(yīng)的方程式。
通過這些方程式,能夠?qū)ο鄳?yīng)的修正公式進(jìn)行推導(dǎo)得出[1]。在數(shù)值模擬計(jì)算噴吹管流場,并實(shí)際進(jìn)行噴口修正的過程中,首先結(jié)合原噴吹管的尺寸,對帶有“等”口徑噴口的噴吹管進(jìn)行3D模型的建立,同時(shí)網(wǎng)格劃分流場區(qū)域。然后對邊界條件進(jìn)行設(shè)定,然后數(shù)值模擬計(jì)算流場,對各個(gè)噴口的質(zhì)量流量進(jìn)行計(jì)算。
如果,噴口的質(zhì)量流量都能夠滿足均勻程度的要求,就可對得出的噴口半徑分布進(jìn)行利用。而如果不能滿足均勻程度的要求,則應(yīng)當(dāng)結(jié)合之前計(jì)算得出的噴口流量值,對各個(gè)噴吹裝置的噴口半徑利用相應(yīng)的修正公式進(jìn)行修正。然后,結(jié)合新的噴口半徑,對3D模型進(jìn)行重新建立,和重新的網(wǎng)格劃分,再進(jìn)行上一步驟的計(jì)算,指導(dǎo)得出符合均勻程度要求的結(jié)果[2]。
2 噴吹管流場數(shù)值模擬
根據(jù)噴吹管的CAD圖紙,可對相應(yīng)的3D模型進(jìn)行建立。在噴吹管當(dāng)中,主要包括了15個(gè)噴口和主管道,高壓氣包通過脈沖電磁閥,連接了主管道的左端。對15個(gè)噴口進(jìn)行相應(yīng)的編號。在清灰過程中,氣包將高壓氣體通入左端入口,經(jīng)由脈沖電磁閥通入噴吹管。將電磁閥打開100ms的時(shí)間。在分塊處理噴吹管模型之后,可將六面體采用cooper的方法生成。有8層貼體附面層網(wǎng)格生成在主管道壁面附近,網(wǎng)格的總數(shù)為60萬。在噴吹管的入口位置,脈沖閥只保持了100ms的開啟時(shí)間,因此,關(guān)內(nèi)具有非定常流動(dòng)的流場。對發(fā)展充分的流場,采用定常流動(dòng)計(jì)算,對50ms時(shí)間內(nèi)的瞬間流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬。
結(jié)合不同的氣包壓力,分別設(shè)定不同的壓力條件。在實(shí)際計(jì)算中,采用了相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)決定壓力。在噴吹管的入口位置,對壓力入口邊界條件進(jìn)行了應(yīng)用。在各個(gè)噴口位置,對壓力出口邊界條件進(jìn)行了應(yīng)用。將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓作為背壓,設(shè)定300K的溫度,將無滑移絕熱壁面設(shè)定為噴吹管壁面。利用中心插分有限體積法,在計(jì)算噴吹管流場數(shù)值的時(shí)候,對時(shí)均方程進(jìn)行求解,其中也包含了能量守恒方程。采用了標(biāo)準(zhǔn)模型的湍流模型,利用基于密度的隱式求解方法進(jìn)行實(shí)際計(jì)算。
3 勻流噴吹管的實(shí)際優(yōu)化
3.1 修改噴口初始半徑
結(jié)合試驗(yàn)所得噴吹管的尺寸,可對初始模型進(jìn)行建立。在特定壓力條件下,對各個(gè)噴口流量分布數(shù)據(jù)進(jìn)行流場模擬計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,能夠得知各個(gè)噴口之間具有較大的流量差別。距離氣包越近,就具有越小的質(zhì)量流量。值和值之間,相差超過了兩倍。根據(jù)前文提到的半徑修正方法,在經(jīng)過反復(fù)修正之后,也沒有理想的結(jié)果。
及時(shí)將噴口截面修正到趨近于主管道截面積,也沒能夠?qū)⒘髁刻岣摺=Y(jié)合初始模型流程模擬計(jì)算的結(jié)果,對相應(yīng)的局部速度矢量圖進(jìn)行繪制[4]。從中能夠看出噴口左側(cè)的回流情況。這一情況主要是由于噴口截面積之和過大。如果將噴吹管看作一個(gè)噴管,噴口截面積之和已經(jīng)超出主管道界面截很多,因而具有了擴(kuò)張性的特點(diǎn)。
對于亞音速流動(dòng)來說,這種擴(kuò)張型噴管只具有增壓和減速的效果,因而會造成局部回流。對此,縮小了初始噴口的半徑,使噴口流量接近均勻。在后續(xù)計(jì)算中,將突臺去除,設(shè)定相同的噴吹管主管道前后口徑。再通過試驗(yàn)和計(jì)算證明,達(dá)到了理想的效果。由此可見,應(yīng)當(dāng)將噴吹管的主管道設(shè)定為統(tǒng)一的管徑。
3.2 迭代修正噴口半徑
噴口初始半徑選擇了10mm尺寸,利用相應(yīng)的修正公式對特定壓力條件下的噴口半徑進(jìn)行迭代修正,從而得出較為理想的結(jié)果。此時(shí)各個(gè)噴口只具有1%以內(nèi)的流量差別,在集中不同的壓力條件下,經(jīng)過迭代修正之后,從噴吹管模型的流場數(shù)值模擬結(jié)果中能夠看出,在這些不同壓力條件之下,各個(gè)噴口之間也縮減到了5%以內(nèi)的流量差別。
由于在各種不同情況下,噴口都能夠?qū)崿F(xiàn)較小的流量差別,因而實(shí)現(xiàn)了事先設(shè)定的計(jì)劃。通過以上計(jì)算分析,能夠得出理想的半徑分布,并且對相應(yīng)的二次曲線進(jìn)行擬合。根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果,能夠得出噴吹管的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則。在噴吹管當(dāng)中,所有的噴口界面積之和不能超過主管道的截面積。
因此,在設(shè)計(jì)當(dāng)中,可以先計(jì)算噴口的數(shù)量,然后對平均半徑加以確定。按照從前到后的順序,噴口半徑根據(jù)二次函數(shù)規(guī)律發(fā)生遞減,從而得出均勻噴口流量分布??衫玫拚椒ǖ贸鱿鄳?yīng)的二次函數(shù)規(guī)律。此外,在噴吹管的主管道,應(yīng)當(dāng)采用相同口徑的管。