基于Fluent的脉冲袋式除尘器内气流流场的数值模拟

袋式除尘器中气体流态特性的数值模拟引言:袋式除尘器是一种常用的工业设备，用于去除工业生产过程中产生的粉尘和颗粒物。

其工作原理是将气体通过滤袋，通过过滤袋的孔隙，将其中的颗粒物截留下来，从而使气体得到净化。

为了更好地了解袋式除尘器中气体流态特性，提高除尘效率和设备性能，进行数值模拟研究具有重要的意义。

一、数值模拟的背景和意义袋式除尘器作为一种重要的空气净化设备，广泛应用于石化、冶金、化工等工业领域。

通过进行袋式除尘器中气体流态特性的数值模拟，可以更好地了解流体内的各种流动现象，并优化设备设计和操作参数，以提高除尘效率。

二、数值模拟方法在进行袋式除尘器中气体流态特性的数值模拟时，需要选择合适的数值模拟方法。

常用的方法包括欧拉方法和拉格朗日方法。

欧拉方法适用于模拟流体场的宏观性质，如流速、压力分布等。

而拉格朗日方法可以追踪入口气体中颗粒物的运动轨迹和浓度分布，用于研究颗粒物的分离和聚集过程。

三、数值模拟的主要内容和步骤1. 几何模型建立：根据袋式除尘器的实际结构和尺寸，建立几何模型。

可以利用计算机辅助设计软件进行建模，获取几何模型的三维数据。

2. 假设和边界条件设置：根据实际工况和研究目的，假设适当的条件，如气体流动速度、颗粒物浓度分布等。

同时设置适当的边界条件来模拟实际工况。

3. 数值模拟软件选择：根据具体需求和研究目的，选择适合的数值模拟软件进行模拟计算。

常用的软件有FLUENT、COMSOL等。

4. 网格划分：将几何模型划分为网格单元，数值求解的精度和计算时间与网格划分的细致程度有关。

在划分网格时，应尽量保证几何模型的复杂性和细节得到保留。

5. 数值计算：根据模型和边界条件，利用数值模拟软件进行计算。

通过迭代求解流场和颗粒物运动方程，得到气体流态特性的数值解。

6. 结果分析与优化：根据计算结果，对流场和颗粒物运动状态进行分析，并进一步优化袋式除尘器的结构和操作参数。

四、数值模拟结果的影响因素袋式除尘器中气体流态特性的数值模拟结果受到多种因素的影响，包括颗粒物特性、气体流速、滤袋材料和结构等。

基于数值模拟的脉冲袋式除尘器性能分析脉冲袋式除尘器是一种常见的工业除尘设备，它通过使用脉冲清灰技术将空气中的粉尘颗粒吸附在滤袋上，并通过脉冲气流清除滤袋上的粉尘，从而实现空气净化的目的。

基于数值模拟的方法可以对脉冲袋式除尘器的性能进行分析和优化，从而提高其除尘效率和使用寿命。

首先，数值模拟可以帮助我们了解脉冲袋式除尘器内部的气流分布情况。

通过建立合理的数值模型，可以模拟出除尘器中的气流流动情况，包括气流速度、压力分布等。

这些分析结果可以帮助我们判断除尘器的设计是否合理，是否存在气流分布不均匀的问题。

其次，数值模拟还可以帮助我们评估脉冲袋式除尘器的过滤效果。

通过模拟粉尘颗粒在除尘器中的运动轨迹，我们可以得到颗粒在滤袋上的沉积情况，进而计算出除尘器的过滤效率。

这样的分析结果可以指导我们优化除尘器的结构和操作参数，从而提高其除尘效率。

另外，数值模拟还可以用于分析脉冲袋式除尘器的脉冲清灰效果。

脉冲清灰是脉冲袋式除尘器常用的清灰方法，通过向滤袋喷射脉冲气流，将滤袋上的粉尘颗粒清除。

通过数值模拟，我们可以模拟出脉冲气流对滤袋的作用效果，包括脉冲气流的强度、作用时间等参数的影响。

这些分析结果可以帮助我们优化脉冲清灰策略，使清灰效果更加理想。

另外，数值模拟还可以用于分析脉冲袋式除尘器的压力损失情况。

在除尘器运行过程中，滤袋上沉积的粉尘会导致气流通道的阻力增加，进而导致除尘器的压力损失。

通过数值模拟，我们可以模拟出除尘器中气流的流动情况，计算出整个系统的压力分布，并通过与实际测量数据进行对比，评估除尘器运行状态。

这样的分析结果可以帮助我们判断滤袋是否需要更换，以及优化除尘器的维护策略。

综上所述，基于数值模拟的方法可以对脉冲袋式除尘器的性能进行全方位的分析和优化。

通过模拟内部气流分布、过滤效果、脉冲清灰效果和压力损失情况，我们可以得到详尽的除尘器性能参数，并能指导除尘器设计、操作和维护的优化。

这些分析结果对于提高脉冲袋式除尘器的除尘效率和使用寿命具有重要意义。

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。

基于数值模拟的脉冲袋式除尘器设计与性能分析脉冲袋式除尘器是一种常见的空气净化设备，广泛应用于工业生产过程中的粉尘处理。

本文将基于数值模拟方法，设计并分析脉冲袋式除尘器的性能。

首先，我们需要了解脉冲袋式除尘器的工作原理。

脉冲袋式除尘器主要由滤袋、喷吹系统、气箱、清灰机构等组成。

首先，污染气体通过进气口进入滤袋室，然后通过滤袋的过滤作用，颗粒物被拦截下来，而净化后的气体通过出气口排出。

随着时间的推移，滤袋上会积聚一定量的颗粒物，影响了除尘器的过滤性能，因此需要清灰机构定期清理滤袋上的颗粒物。

在设计脉冲袋式除尘器时，我们需要考虑以下几个关键因素：气体流量、滤袋孔径及材质、脉冲喷吹参数、滤袋布局等。

首先，气体流量是衡量除尘器性能的关键指标之一。

为了确定所需的气体流量，我们需要考虑工业生产的空气污染源的性质和排放浓度。

通过数值模拟，可以计算出在给定的气体流量下，除尘器的去除效率，从而确保合适的设计。

其次，滤袋的孔径和材质对除尘器的效率影响很大。

较小的孔径可以更好地阻止颗粒物通过，但会增加阻力损失。

因此，我们需要在保证去除效率的前提下，尽量选择适度的孔径和合适的材质。

脉冲喷吹系统是除尘器中的重要部分，其作用是通过喷吹压缩空气清洗滤袋上的颗粒物。

通过数值模拟，我们可以优化喷吹参数，如喷吹频率和喷吹时长，来提高清洁效果。

同时，需要合理设置喷吹口的布局和数量，以确保有效均匀地清洁所有滤袋。

此外，滤袋的布局也是影响性能的关键因素之一。

合理的滤袋布局可以提高除尘器的整体性能。

通过数值模拟，我们可以进行不同布局方式的比较分析，以确定最合适的设计方案。

在进行数值模拟时，我们可以使用计算流体力学（CFD）方法模拟气体流动和颗粒物运动。

可以通过计算颗粒物在滤袋上的分布情况，来评估除尘器的除尘效能。

此外，还可以分析气体流场、压力分布等关键参数，进一步优化设计。

总之，基于数值模拟的方法可以有效地设计和分析脉冲袋式除尘器的性能。

通过考虑气体流量、滤袋孔径及材质、脉冲喷吹参数和布局等关键因素，我们可以优化除尘器的设计，提高净化效率，满足工业生产对空气质量的要求。

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。

袋式除尘器滤袋内流场的数值模拟及计算葛立新;吕思斌;张飞【摘要】袋式除尘器内部的布袋内的流场非常复杂.借助计算流体动力学CFD软件FLUENT6.3对袋式除尘器布袋内部的流场分布进行了数值模拟,分析了在不同的气流速度、布袋内外不同的压强下滤袋内部的各处速度流场、压强分布等情况.结果表明,入口速度和布袋内外压强差太大,布袋内的流场变得不均匀,不利于滤袋对废气的过滤,模拟结果为袋式除尘器的改进和设计提供了理论依据.【期刊名称】《蚌埠学院学报》【年(卷),期】2013(002)003【总页数】4页(P22-25)【关键词】袋式除尘器;数值模拟;流场【作者】葛立新;吕思斌;张飞【作者单位】蚌埠学院数学与物理系,安徽蚌埠 233030;蚌埠学院数学与物理系,安徽蚌埠 233030;安徽意义环保设备有限公司,安徽蚌埠 233000【正文语种】中文【中图分类】TK050.2袋式除尘设备是治理大气污染的重要设备，广泛应用于煤炭、工业、矿山、火力发电站等锅炉尾气的净化。

袋式除尘器的滤袋是除尘的主要部件，布袋内部的流场分布对静电除尘效果产生重要影响。

滤袋内气流分布不均匀，会使除尘效率降低，严重时甚至引起滤袋破裂［1-3］。

传统的模型试验方法存在着劳动强度大，试验场地受到限制，投入成本高等因素的限制［4］，近年来，计算流体力学(Computational Fluid Dynamic，CFD)在流体力学研究领域得到了快速的发展，其中应用较为广泛的是 FLUENT软件［5-7］。

流体流场分布非常复杂，不同的滤袋的形状、入口流速和布袋内外压强差等因素，都会对流体的流场分布产生影响，利用计算机软件的数值计算和仿真技术，模拟出气体流场、压强和速度场的分布，帮助我们了解和研究流体内部规律，为袋式除尘器内部结构的优化设计提供理论依据［8］。

目前，国内外对袋式除尘器的研究主要从整体的角度，分析气流通过除尘室的过程中的流场分布的状况，以布袋为对象的研究较少。