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灰尘在风管中运动轨迹的数值模拟【摘要】本文通过数值模拟方法，对灰尘在风管中的运动轨迹进行了研究。
在介绍了研究背景和研究意义，说明了对于改善室内空气质量和提高空调系统效率的重要性。
在详细介绍了数值模拟方法和模拟参数设定，并对模拟结果进行了分析，阐述了模拟技术的优势以及风管结构对模拟结果的影响。
在总结了模拟结果并提出了进一步研究的展望。
本研究对于揭示灰尘在风管中的传输规律，优化空气处理系统设计具有一定的理论和实践意义。
【关键词】灰尘、风管、数值模拟、轨迹、研究背景、研究意义、模拟方法、参数设定、结果分析、技术优势、风管结构、影响、模拟结果总结、研究展望。
1. 引言1.1 研究背景灰尘在风管中的运动轨迹对于空气质量和室内环境的影响至关重要。
在工业生产和生活中，风管系统被广泛应用于空气循环和通风排气。
在风管中会产生大量的灰尘颗粒，这些颗粒对空气质量有着不可忽视的影响。
通过对灰尘在风管中的运动轨迹进行数值模拟，可以更好地了解灰尘的传播规律，进而采取相应的控制措施，提高空气质量和室内环境的舒适度。
随着计算机技术的快速发展，数值模拟方法已成为研究灰尘在风管中运动轨迹的重要手段。
通过建立数学模型和运用计算流体力学方法，可以有效地模拟灰尘颗粒在风管中的运动轨迹，为相关研究提供有力支持。
开展灰尘在风管中运动轨迹的数值模拟研究具有十分重要的意义，对于改善空气质量和保障人们的健康具有积极的促进作用。
1.2 研究意义灰尘在风管中的运动轨迹对于空气质量及室内环境的影响巨大，尤其是在工厂、办公楼等大型建筑中，灰尘的积累会加重空气污染，对人体健康造成潜在危害。
研究灰尘在风管中的运动轨迹并进行数值模拟具有重要的实际意义。
通过对灰尘在风管中的数值模拟，可以更加直观地了解灰尘在不同风速、管道结构下的运动规律，为改进空调系统设计和通风设备提供科学依据。
通过模拟结果的分析，可以优化管道布局设计，减少灰尘积累，改善室内空气质量，提升室内环境舒适度。
大型电袋复合除尘器均流布置的数值模拟与研究孙超凡;龙新峰;于兴鲁;楼波【摘要】以某电厂600 MW机组电袋复合除尘器为研究对象,使用Pro/E软件,建立了3D模型,采用数值分析方法,重点研究了大型电袋复合除尘器内部的流场分布.模拟过程中,设定布袋的界面为多孔介质阶跃边界条件,电除尘器内部的气流通过改变气流分布板来调整.模拟结果显示,气流分布板设置与否、设置数量及开孔率对电除尘区速度分布有较大影响:在电除尘区的气流分布均匀性最佳时,电除尘区气流平均速度为0.78 m/s,相对均方根为0.279 9,布袋除尘区速度为0.6 m/s:在第3层气流分布板上改进开孔孔径,可有效解决电除尘区第1组灰斗内的涡流现象,从而可提高除尘效率.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2013(046)010【总页数】6页(P140-145)【关键词】电袋复合除尘器;气流分布;数值模拟;气流分布板【作者】孙超凡;龙新峰;于兴鲁;楼波【作者单位】广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;华南理工大学,广东广州 510640;广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;华南理工大学,广东广州 510640;华南理工大学,广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TM621.9;X5130 引言保护环境和可持续发展已成为中国的一项基本国策。
2003年，燃煤锅炉烟尘排放国家标准为50 mg/m3，但按照新颁布的国家标准GB13223—2012《火电厂大气污染物排放标准》，一般地区的燃煤电厂烟尘排放浓度限值为30 mg/m3，重点地区的排放限值为20 mg/m3。
沿海及经济发达地区要求更加严格，如北京地方标准DB11/139—2007《锅炉大气污染物排放标准》对新建燃煤电厂锅炉要求的烟尘排放浓度为10 mg/m3，在用锅炉也不能超过20 mg/m3。
目前，燃煤电厂普遍采用的是静电除尘器，而静电除尘器对微细粒子的捕集能力有限，在上述所列环保标准要求下，通常的四电场或五电场静电除尘器已经无法满足排放要求[1]。
布袋除尘器的前烟道及喇叭口内气流均布板数值模拟摘要：利用工程应用最多的k-ε模型，模拟布袋除尘器的前烟道导流板气流及入口喇叭口多孔板开孔率分布。
计算结果表明，4个喇叭口入口气流分布中间低、周围高，烟气量占比分别为32.1%、33.6%、16.0%、18.3%，符合期望比例33%、33%、16.5%、16.5%。
各喇叭口均布置1个前后板，前板气流分布偏下或两侧，中间方向气流偏少，最上方最少，从上至下其开孔率依次为19.1%、25.5%、38.25%、51%。
而对于后板，其开孔率采用均匀布置，1&2后板开孔率为52.5%、3&4后板开孔率为42%。
研究结果为布袋除尘器优化设计及运行提供了性能保证。
关键词：布袋除尘器；k-ε模型；烟道；喇叭口；多孔板；导流板1 引言袋式除尘器除尘效率高、粉尘适应性广、运行稳定，随着电厂超净排放逐渐成为主流，大型袋式除尘器将发挥越来越重要的作用[1~2]。
布袋除尘器的前烟道和喇叭口入口为其关键前置部件，烟道内的导流板和喇叭口内的多孔板设计与其各室气量分布、气流均匀性关系密切，亦是袋式除尘器运行好坏的关键之一[3~8]。
建立物理模型对袋式除尘器进行试验研究耗时耗力，而数值模拟的入口边界条件可以非常灵活的改变，其模拟结果对除尘器安装、设计、运行策略的制定有很大的参考价值。
为此，国内外学者利用FLEUNT软件和最新数值模拟理论，对电除尘器、布袋除尘器等各类除尘器的烟气流量分配、速度及压力的内部分布规律，以及烟道入口和进风支管导流板的优化进行了较多尝试。
研究成果不仅为除尘器设计提供了一种新的思路，而且切实提高了除尘器内气流的均匀分布和提高除尘效率。
本文利用FLEUNT软件，对布袋除尘器的前烟道及喇叭口内气流均布板同时进行数值模拟，确保优化设计袋式除尘器的导流板和多孔板的尺寸和布置，节省宝贵的实验费用和时间[9-13]。
2模型对象和目的2.1 模拟对象本模拟对象为大唐三门峡火电厂三期扩建工程5# 1000MW机组除尘器的烟道及入口喇叭口内流场分布，该锅炉为超超临界参数的变压直流Π型锅炉，最大连续蒸发量为2958t/h，设计煤种满负荷状态下除尘器入口参数如下：烟气流量2650000 Nm3/h、入口烟温134.3℃、含尘量41.9g/m3、水蒸汽体积比为7.5%。
脉冲袋式除尘器喷吹气流的数值模拟袋式除尘器脉冲喷吹的清灰效果是影响设备运行阻力和滤袋使用寿命的主要因素之一. 如图1 所示,含尘气体进入中箱体,经滤袋过滤后洁净气体由上箱体出口排出. 喷吹时,压缩气体由喷嘴高速喷出,诱导喷嘴周边的数倍气体在短时间内进入滤袋,滤袋急剧膨胀、振动,从而使附着在滤料表面的粉尘层剥落[122 ] . 目前有关脉冲喷吹气流及其性能参数优化研究的报道文献不多,设计中对喷吹装置喷吹效果的判断,大多是根据经验,或者通过实物试验进行的[324 ] . 为了更好的了解喷吹气流与滤袋间的作用状况,本文采用计算流体动力学(Comp utational Fluid Dynamics ,简称CFD) 方法,使用Fluent 软件对脉冲喷吹气流的压力分布进行了数值模拟,对于滤袋清灰装置的优化设计具有重要的意义.1 计算模型喷吹气流在滤袋内的流场非常复杂,为了便于建立数值计算模型,对滤袋内外流场进行如下简化:(1) 以单条圆筒滤袋作为研究对象,并将其内外气流假定为不可压缩流体;(2) 在喷嘴出口处,由于喷嘴直径远小于滤袋直径,可以假定喷吹气流速度沿喷嘴径向均匀分布;(3) 常温计算条件,不涉及温度对流场的影响;(4) 不考虑滤袋壁面的纵向位移;(5) 喷吹气流在滤袋内的流场是三维流动问题,喷吹气流沿滤袋长度方向的轴线是对称的,可简化为二维问题.图2 (a) 为单条滤袋喷吹清灰的几何模型,X 为喷吹距离(喷嘴距袋口距离) ,L 为滤袋长度,喷嘴直径d ,D 为计算区域宽度.将引射空间、滤袋内外空间作为计算区域.网格划分时,沿袋口方向网格间距为D/ 20 ,沿滤袋长度方向网格间距为L/ 10.而对于喷嘴出口部分,因其对网格比较敏感,在网格划分时进行了适当的加密,以减小计算误差,提高结算精度. 图2 (b) 为计算区域的网格图,以及喷嘴部分的网格细化图.图2 单条滤袋计算区域Fig. 2 Calculated section of single filter bag2 数值计算方法2. 1 控制微分方程脉冲喷吹气流的流动过程采用的控制方程如下:2. 2 边界条件与初始条件固体壁面包括上箱体壁面、喷管外壁、花板、袋底,其边界条件采用壁面函数法[5 ] . 中箱体壁面采用恒压边界条件,依据压力的大小确定出滤袋的外表面过滤气速. 净气出口采用压力出口边界条件,滤袋采用多孔跳跃边界条件.滤袋介质作为渗流壁,其内部沿半径方向的流动方程由非稳态的Darcy 公式确定[6 ] .式中: v 为气体通过袋壁的径向速度,m/ s ; K 为滤袋壁渗透系数,取决于滤袋和粉尘层的几何结构和化学性质,m2 ;μ为黏性系数,Pa ·s ; p ( t) 为不同时刻的滤袋壁面压力值,Pa ; r 为径向距离,m.该流场的初始化是从恒压面开始初始化,恒压面的压力采用中箱体的压力.脉冲喷吹是一个非稳态的过程,非稳态湍流流场的计算采用SIMPL E 算法[7 ] . 工程上压缩空气的喷吹时间一般设定在80～150 ms 之间,在模拟计算时取100 ms ,求解步长取4/ 1 000 s.3 数值模拟结果3. 1 Φ160 ×6 000 滤袋的模拟滤袋的几何尺寸为直径Φ= 160 mm ,长度L = 6 000 mm. 喷吹时间T = 100 ms ,喷吹距离X = 200mm ,喷嘴d = 26 mm. 实验气包压力为0. 4 MPa ,实验采用的Goyen 淹没式脉冲阀的阻力损失在0. 06～0. 07 MPa之间[829 ] ,模拟时采用的压力为0. 33 MPa (数值模拟是从喷嘴处开始计算) . 由于该实验袋口部分采用了文丘里管,故在模拟时也增加了文丘里管.数值模拟得出滤袋各点的峰值压力曲线,如图3所示. 图中同时给出了文献[10 ] 在相同条件下的实验检测数据.由图3 可以看出,两条曲线基本吻合.在袋口0～0. 3 m 处,由于增加了文丘里管,峰值压力较小,且第二个测试点(0. 3 m处)的压力值有所减少; 而后压力开始上升,在滤袋1m 处达到最大值;随着滤袋长度的增加,压力值不断衰减; 到滤袋中下部,压力有所回升. 在距袋口0～3m 段,两条曲线完全重合,在滤袋中下游部分,模拟值高于实测值.这一偏差主要是因为实验测定与数值模拟的有效喷吹时间和滤袋的渗透系数取值不一致造成的,可以通过调整参数取值来修正.对比结果表明模拟值与实测所得峰值压力曲线基本吻合,滤袋内喷吹气流压力分布可以利用数值模拟的方法来分析.图3 滤袋侧壁峰值压力对比Fig. 3 Comparison of t he peak pressure between t he experimentalvalue and t he numerical calculations3. 2 Φ130 ×6 000 滤袋的模拟圆筒滤袋通常的尺寸为Φ130 、Φ150 、Φ160 mm 等几种,长度一般在5 000～8 000 mm 之间. 其中Φ130 ×6 000 mm的滤袋在工程应用中较多,对于长滤袋不宜加文丘里管,本文选择Φ130 ×6 000 mm 滤袋进行喷吹气流压力场的模拟.图4 脉冲喷吹不同时刻滤袋侧壁压力曲线Fig. 4 Pressure inside a filter bag at different instant s图4 是常温条件下Φ130 ×6 000 mm 的滤袋,在T = 100 ms , X = 200 mm , d = 24 mm , P = 0.2 MPa时脉冲喷吹不同时刻滤袋壁面的模拟结果.从图4 中可以看出,滤袋壁面不同部位达到最大压力值的时间是有差别的. 距袋口越远,达到最大压力值所需的时间越长. 40 ms 左右时,距滤袋口0～1m 处压力值达到最大;喷吹到60 ms 时,距袋口1～3 m 处达到压力最大值;70 ms 左右,袋口压力减小,距袋口3～6 m处滤袋壁面压力达到最大值;而在80 ms ,100ms时滤袋壁面的峰值压力值不断下降.在喷吹过程中,滤袋壁面受到的最大静压值即为峰值压力. 峰值压力是喷吹过程中一个最直观的表现形式,可以通过实验测量获得. 据图4 所示各时刻的压力分布,经计算后得图5所示的滤袋壁面峰值压力曲线. 由图5可见,峰值压力不断上升,距袋口约0. 5 m处出现最大值,随后由于喷吹气流泄漏和运动压力损失,峰值压力开始下降,喷吹气流冲击到封闭的滤袋底部,产生返流,导致滤袋底部的压力值回升.压力上升速率是滤袋壁面的峰值压力与压力从零值上升到峰值所经历的时间的比值.压力上升速率是喷吹效果的一个重要评价指标. 图6 是根据图5 所示的模拟结果得出的滤袋壁面压力上升速率曲线图. 由图6可见,压力上升速率从袋口开始上升,距袋口约0. 5 m 处出现最大值,随袋长的增加,压力上升速率逐渐减小.图5 滤袋侧壁峰值压力Fig. 5 Peak pressure during cleaning at variouslocations inside t he filter bag图6 滤袋最大压力上升速率Fig. 6 Most increscent velocity of pressure at variouslocations inside t he bag4 结论(1) 利用CFD 方法对Φ160 ×6 000 mm滤袋的脉冲喷吹清灰过程进行数值模拟,结果与文献实验测定结果的基本趋势一致,可以采用数值模拟的方法分析滤袋内喷吹气流的压力分布.(2) 由Φ130 ×6 000 mm 滤袋的数值模拟结果可以看出,在设定为100 ms的喷吹时间里,随着喷吹气流向下运动,滤袋壁面依次达到最大压力值. 70 ms以后,尽管还在继续喷吹,但壁面的峰值压力下降,表明延长压缩空气喷吹时间对峰值压力的提高不起作用.(3) 喷吹过程中,滤袋上部受到的峰值压力最大,底部其次,中部最小. 压力上升速率从袋口开始上升,距袋口约0. 5 m处出现最大值,随袋长的增加,压力上升速率逐渐减小.参考文献References[1 ] L ; FFL ER F ,SIEVERT J . 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China , Tel :0086229282202729 ,Email :dangxq #163.将#换成@com基金项目:国家863 计划项目资助课题(2005AA642010)作者简介:党小庆(19642) ,男,副教授,博士研究生,主要研究方向为大气污染控制技术和设备。
袋式除尘器气流组织的数值模拟分析袋式除尘器是一种常见的大气污染控制设备，主要用于工业生产中对空气中的颗粒物进行过滤和净化。
在袋式除尘器中，颗粒物和污染物被通过滤袋的过滤作用分离，从而达到净化空气的目的。
在该文档中，将对袋式除尘器气流组织的数值模拟分析进行探讨。
袋式除尘器通常由烟气进口、空气分布器、滤袋、清灰系统、出口等组成。
其中，滤袋是袋式除尘器的核心部件。
气流组织的数值模拟对袋式除尘器的设计和优化具有重要作用，可以有效地提高袋式除尘器的净化效率和运行稳定性。
袋式除尘器的气流组织包括了入口气流、空气分布、过滤和清灰等环节。
在入口气流中，主要以烟气的流动速度和方向，对袋式除尘器的性能影响很大。
经过优化的气流速度和方向，可以使得烟气在滤袋中均匀分布，从而达到更好的过滤效果。
空气分布器是袋式除尘器中的关键设备，通过调整其结构和设置的位置，可以对气流组织进行更精细的调整和优化。
如将分布器放在入口处，可以均匀分配烟气入口流量，减小局部阻力，从而提高过滤效率和清洁程度。
在分布器中，不同的结构形式和尺寸设置可以影响气流的变化和传递，从而对整体的过滤效果和能耗有重要作用。
过滤是袋式除尘器中的核心部分，是通过滤袋将空气中的颗粒物过滤掉的过程。
其中，滤袋的材质、尺寸、数量等都会影响气流组织和过滤效果。
在数值模拟过程中，通过模拟滤袋表面的沉积物，可以预测滤袋的清洁度和清灰周期，从而为设备的运行和维护提供参考。
清灰是袋式除尘器中的清除过滤袋上沉积物的过程。
清灰方式和频率也会直接影响气流组织和过滤效果。
通过数值模拟，可以对清灰周期和方式进行调整和优化，达到更好的清洁效果和减小能耗的目的。
总体而言，袋式除尘器的气流组织对其过滤效果和工作稳定性有重要影响。
通过数值模拟和实验研究，可以得到最佳的气流组织方案，从而提高设备的效率和运行稳定性，同时降低其维护成本和能耗。
