袋式除尘器流场气流均匀性的数值模拟

下进风袋式除尘器内部气固两相流动数值模拟
高晖;郭烈锦
【期刊名称】《化学工程》
【年(卷),期】2001(029)005
【摘要】为了研究袋式除尘器滤袋失效机理,进一步指导除尘器的设计、运行和改进,通过简化滤袋结构和应用结构化/非结构化混合网格技术,对DMC180型下进风袋式除尘器实际运行条件下的内部气固两相流动进行了数值模拟.计算结果表明,袋室内形成了旋涡回流和不均匀压力场,袋室后端滤袋组过滤速度和滤袋间隙速度大大超过最大允许值,是后端滤袋易于磨损失效的主要原因.通过计算还得到了不同处理风量和过滤介质表观渗透率条件下,各滤袋组过滤速度和颗粒沉积量分布规律.指出了该型袋室结构设计缺陷和改进方向.
【总页数】4页(P35-38)
【作者】高晖;郭烈锦
【作者单位】西安交通大学;西安交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】TQ05
【相关文献】
1.下进风袋式除尘器气流分布特性的数值模拟 [J], 时红梅;郭婷婷
2.下进风袋式除尘器内部流场的数值模拟 [J], 李少华;宋阳;王铁营;王艳鹏
3.袋式除尘器进风结构型式对气流分布影响数值模拟分析 [J], 黄莺;杨彦
4.侧进风袋式除尘器分风屏组合优化设计 [J], 焦伟俊; 谭志洪; 熊桂龙; 刘丽冰
5.下进风内滤式袋式除尘器流场的模拟与优化 [J], 张哲; 李彩亭; 李珊红
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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。

袋式除尘器入口烟道流场数值模拟与优化设计摘要：袋式除尘器是一种干式滤尘装置，其具有除尘效率高、粉尘适应性广、运行稳定可靠等优点。

随着国家对燃煤电厂污染物排放标准的不断提高，大型袋式除尘器越来越受到重视和应用。

本文论述了袋式除尘器入口烟道流场数值模拟及其优化设计。

关键词：入口烟道；流量偏差；数值模拟；优化设计除尘器入口烟道的气流组织与优化对大型除尘器的整体除尘效率具有重要的影响，它主要关注进入每台除尘器的流量分配和除尘器入口速度分布等问题。

目前虽然在各类除尘器的规范中对除尘器间的流量分配和入口速度分布等有明确的规定，但却缺乏如何实现这些目标的具体措施。

基于此，本文对袋式除尘器入口烟道流场数值模拟与优化设计进行了详细分析。

一、袋式除尘器概述袋式除尘器是通过干式过滤法过滤的，粉尘受到滤料的蹄滤及颗粒间的相互碰撞、滞留、扩散、静电等作用而沉积在滤袋表面形成初始粉尘层，初始粉尘层在过滤中起主要作用，滤袋含尘过滤使袋式除尘器的过滤效率和过滤阻力都相应的增加，若除尘器的过滤阻力过高会使滤袋处理风量有所下降，当除尘系统的阻力增大到一定数值时，要对滤袋进行清灰，不能过分清灰，以免破坏滤袋表面的初始粉尘层，降低过滤效率。

袋式除尘器分类很多，按滤袋的形状分为：梯形、平板形和圆筒形；按进出风方式分为：下进上出式、上进下出式、直通式；按过滤方式分为：外滤式及内滤。

滤料的材质有棉、麻、毛等天然纤维，玻璃、陶瓷、玄武岩、碳、金属等有无机纤维，以及聚酷纤维等有机纤维。

二、数值模拟1、模型的建立和网格划分。

本工程案例中，每台燃煤锅炉机组配备1套袋式除尘器系统，每套除尘系统由五个独立的除尘器单元并联组成。

如图1和图2所示，经过空预器的烟气由2个入口进入入口联箱再分别通过各支管进入5个除尘器单元。

经过袋式除尘器处理后的烟气汇入出口联箱再通过2个出口至引风机。

由于除尘器本体及出口烟道对各除尘器流量分配也有影响，所以选取除尘系统的整体烟道作为研究对象。

袋式除尘器流场气流均匀性的数值模拟
杨燕珍;温发林
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2013(000)009
【摘要】许多袋式除尘器由于结构的原因,往往内部流场的气流分布不均现象比较明显,内部流场气流分布不均,会加剧滤袋的磨损,降低除尘器的除尘效率.分别对加装与水平面成60°、45°、30°角布置的气流均布板的模型进行模拟,对比分析得出最优方案,为袋式除尘器的结构优化设计提供了依据.
【总页数】2页(P17-18)
【作者】杨燕珍;温发林
【作者单位】龙岩学院物理与机电工程学院,福建龙岩364012;龙岩学院物理与机电工程学院,福建龙岩364012
【正文语种】中文
【中图分类】X701.2
【相关文献】
1.袋式除尘器气流分布均匀性测试与数值模拟 [J], 王丹丹;钱付平;吴显庆;纪国富;黄志甲
2.袋式除尘器内部流场气流均匀性的研究 [J], 杨燕珍;杨元慧;刘江源;刘良军
3.离线清灰袋式除尘器气流均匀性数值模拟分析 [J], 郭嘉兴; 沈恒根
4.金属纤维袋式除尘器内部气流场均匀性分析 [J], 安蓉蓉; 刘雪东; 刘文明; 丁昕越; 彭涛
5.袋式除尘器气流分布均匀性的数值模拟 [J], 李少华;王坤玉;格日勒;郭婷婷;白小元
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第22卷第3期2005年06月现 代 电 力M odern Electric Pow erV o l 22 N o 3Jun 2005文章编号:1007 2322(2005)03 0046 04 文献标识码:A 中图分类号:T K284 4袋式除尘设备气流分布的数值模拟郑 辉,芮晓明,常连生(华北电力大学动力工程系,北京102206)Nu merical S imu lation o f A ir Flo w D istrib u tion in Bag type D ust C ollecting Equ ip men tsZheng H ui,Rui Xiao ming,Chang Liansheng(Department of P ow er Eng ineering,NCEPU,Beijing102206,China)摘 要:烟气进入袋式除尘设备时的分布状况是影响除尘效率和滤袋寿命的关键因素之一,在袋式除尘设备的进气烟箱中放置气流分布板是改善气流分布的有效方法。

为了对除尘设备的气流分布板设计提供合理的参数,文中应用Fluent 数值模拟软件对除尘设备进气烟箱放置气流分布板前后气固多相流的分布情况进行了数值模拟,采用k- 湍流模型模拟气相流动,采用Lagrange法来计算颗粒场特性。

模拟结果表明,放置气流分布板后的气流分布情况明显优于未放置之前,气流分布较为均匀。

如果合理布置气流分布板的位置、孔径和开孔率,可以为除尘系统气流分布的设计提供最佳的方案。

利用数值模拟可以有效地缩短设计过程,避免气流分布模拟试验台因设备不同而不能重复使用造成的浪费,减少了产品开发成本。

关键词:袋式除尘设备;气流分布;数值模拟;气固多相流Abstract:The distribution of airf low w hen it enters into a bag type dust collecting equipment is one of the key factors for the eff iciency of a dust collecting equipment and the li f espan of the bag.Putting airf low distribution boards at the entrance of the equipment is an eff ective w ay to im prove the airf low distribut ion.In order to provide a set of proper pa rameters for the design of an airf low distribution board, Fluent numerical simulation software package is used to sim ulate the gas solid multiphase flow distributions bef ore and af ter putting the airf low distribution boards in the air in box.The k turbulent current model is used to simulate the gas phase flow and Lagrange method is used to calculate the solid phase f low.The results show that the airf low distribu t ion is significantly improved with the airf low distribution boards.Properly setting up the boards with proper aperture in the air in box would be helpful f or achieving the best de sign of airflow f or dust collecting ing num erical simulation can effectively reduce the design time and cut down the product development costs.Key words:bag type dust collecting equipment;air f low distri bution;numerical simulation;gas solid multiphase flow0 引 言袋式除尘设备具有除尘效率高、运行稳定可靠、结构简单、操作维护方便,并可处理高浓度含烟尘气等优点,能够满足日趋严格的环保要求,出口处气体的含尘浓度可达20~30m g/m3,最小可以捕集0 1 m左右的粉尘,因此在国内的应用将越来越广泛。

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。

袋式除尘器内气流场数值模拟的开题报告一、研究背景袋式除尘器广泛应用于空气中颗粒物的过滤和分离工作，如燃烧产生的颗粒物、建筑工地扬尘等。

袋式除尘器的工作原理是利用滤袋对空气中的颗粒物进行过滤和捕集，然后通过清灰系统清除袋子上的颗粒物。

考虑到袋式除尘器内部颗粒物分布非均匀性，传统的设计和优化方法无法满足高效清除颗粒物的需求。

因此，高精度的数值模拟方法是袋式除尘器研究和设计中不可或缺的工具。

二、研究目的和意义本文旨在对袋式除尘器的气流场进行数值模拟，探究气流对颗粒物捕集的作用，进而为袋式除尘器的设计和优化提供参考，提高袋式除尘器的清除效率和净化效果。

三、研究内容和方法研究内容包括以下几个方面：1.袋式除尘器内部气流场的数值模拟：将袋式除尘器建模，根据欧拉方程、Navier-Stokes方程和连续性方程等基本方程，结合合适数值方法进行数值模拟，获取袋式除尘器内部的气流场分布情况。

2.颗粒物的运动和捕集：将颗粒物建模，根据颗粒物的质量和运动状态，结合合适数值方法进行数值模拟，探究颗粒物在袋式除尘器内部的传输规律和捕集效果。

3.数值模拟结果的分析和评估，包括颗粒物的分布情况、袋子的清灰效果以及性能指标的分析等。

四、研究预期结果通过数值模拟，预期可以得到袋式除尘器内部气流场分布和颗粒物捕集情况的详细数据，并对颗粒物的运动和捕集机理进行深入探究和分析，为袋式除尘器的设计和优化提供参考。

同时，通过数值模拟结果的分析和评估，评估袋式除尘器的性能和效果，提高袋式除尘器的清除效率和净化效果。

五、研究进度和计划现已完成研究背景和研究目的的确定，正在开展袋式除尘器内气流场数值模拟的建模工作，计划在明年9月前完成数值模拟和结果分析的工作，并撰写相关论文。