旋风除尘器性能的模拟计算
一、下图为旋风除尘器几何形状及尺寸，如图1所示，图中D、L
及入口截面的长宽比在数值模拟中将进行变化与调整，其余参数
保持不变。
图1 旋风分离器几何形状及尺寸（正视图）
旋风分离器的空间视图如图2所示。
图2 旋风分离器空间视图
二、旋风分离器数值仿真中的网格划分
仿真计算时，首先对旋风除尘器进行网格划分处理，计算网格采用非结构化正交网格，如图3所示。
图3 数值仿真时旋风分离器的网格划分（空间）
图4为从空间不同角度所观测到的旋风分离器空间网格。
图4 旋风分离器空间网格空间视图
本数值仿真生成的非结构化空间网格数大约为125万，当几何尺寸（如D、L及长宽比）改变时，网格数会略有变化。
三、对旋风分离器的数值模拟仿真
采用混合模型，应用Eulerian（欧拉）模型，欧拉方法，对每种
工况条件下进行旋风分离器流场与浓度场的计算，计算残差<10-5，每种工况迭代约50000步，采用惠普工作站计算，CPU耗时约12h。
以下是计算结果的后处理显示结果。由于计算算例较多，此处仅列出了两种工况条件下的计算后处理结果。
图5是L=1.3m，D=1.05m 入口长宽比1:3，入口速度10m/s时，在y=0截面（旋风分离器中心截面）上粒径为88微米烟尘的体积百分数含量分布图。可以明显看出由于旋风除尘器的离心作用，灰尘被甩到外壁附近，而在靠近中心排烟筒下方筒壁四周，烟尘的体积浓度最大。
粒径88微米烟尘的空间浓度分布(空间)
粒径88微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面)
粒径200微米烟尘的空间浓度分布(空间)
粒径200微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面)
图5 L=1.3m、D=1.05m、长宽比1:3，入口速度10m/s时烟尘空间分布
粒径88微米烟尘的空间浓度分布(空间)
粒径88微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面)
粒径200微米烟尘的空间浓度分布(空间)
粒径200微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面)
图6 L=2.3m、D=1.5m、长宽比1:1，入口速度15m/s时烟尘空间分布
四、计算结果
计算中，首先确定几何尺寸L，按照给定的两种烟尘颗粒，分别
对L=2.3m、L=1.8m、L=1.3m、L=0.8m四种情况进行对比计算，对
比计算结果为L=2.3m、L=1.3m时除尘效率较高。随后的计算将采用
此两种尺寸继续进行。
a)采用L=2.3m，分别计算入口速度V=15m/s、V=14m/s、V=13m/s、
V=12m/s、V=11m/s五种情况，经比较V=15m/s除尘效率最高。
b)当旋风分离器进口速度为V=15m/s，改变旋风分离除尘器的出
口直径D，进行对比计算。旋风分离器直径分别为D=1.05m、
D=1.2m、D=1.35m、D=1. 5m，经比较计算D=1.05m时，旋风
分离器分离效果最佳。
c)当旋风分离器进口速度V=15m/s、D=1.05m时，改变旋风除尘
器入口宽高比例进行对比计算，所选用的三个比例为1：3，3：
1和1：1 。选择宽高比例时，满足入口截面积不变。经对比
计算，当宽高比为1：3时旋风分离器分离效果最佳。这表明
竖高型旋风分离器入口有利于旋风分离器的除尘。
通过旋风除尘器的分离效率对比计算，可以清楚的看到，对于
L=2.3m、L1.3m、出口直径D=1.05m、入口宽：高为1：3、入口速度为V=15m/s，更有利于烟气除尘，详细计算结果如附表所示。
旋风除尘器性能对照表
尺寸速度d_200入口d_200出口d_200效率d_88入口d_88出口d_88效率附加说明
选速度经过对比L2.3、L1.8、L1.3、L0.8的计算结果，L2.3和L1.3效果较好，故以下就此两种尺寸展开计算
L2.3_D1.35_1:1 11.0 0.01 1.79E-05 99.82% 0.01 2.88E-03 71.17%
12.0 0.01 1.90E-05 99.81% 0.01 2.68E-03 73.17%
13.0 0.01 1.77E-05 99.82% 0.01 2.47E-03 75.31%
14.0 0.01 1.95E-05 99.81% 0.01 2.33E-03 76.71%
15.0 0.01 1.98E-05 99.80% 0.01 0.0021827 78.17% 优
根据上面模拟仿真结果速度为15m/s效率最高，故下面计算采用此速度进行对比计算
选直径
L1.3_D1.05_1:1 15.0 0.01 8.95E-07 99.99% 0.01 0.0014104 85.90% 优L1.3_D1.2_1:1 15.0 0.01 3.16E-07 100.00% 0.01 1.60E-03 83.99% L1.3_D1.35_1:1 15.0 0.01 3.64E-06 99.96% 0.01 0.0024748 75.25% L1.3_D1.5_1:1 15.0 0.01 5.19E-05 99.48% 0.01 0.0037954 62.05%
L2.3_D1.05_1:1 15.0 0.01 6.32E-08 100.00% 0.01 0.0010834 89.17% 优L2.3_D1.2_1:1 15.0 0.01 2.92E-07 100.00% 0.01 0.00147 85.30% L2.3_D1.35_1:1 15.0 0.01 5.03E-06 99.95% 0.01 0.0024258 75.74% L2.3_D1.5_1:1 15.0 0.01 0.0019997 80.00% 0.01 0.0069443 30.56%
根据上面模拟仿真结果出口直径D为1.05m除尘效率最高，故下面计算采用此直径进行对比计算
选入口比例L2.3_D1.05_1:3 15.0 0.01 1.87E-09 100.00% 0.01 0.0005984 94.02% 优L2.3_D1.05_3:1 15.0 0.01 1.07E-06 99.99% 0.01 0.001491 85.09%
L2.3_D1.05_1:1 15.0 0.01 6.32E-08 100.00% 0.01 0.0010834 89.17%
L1.3_D1.05_1:3 15.0 0.01 7.63E-10 100.00% 0.01 0.0003517 96.48% 优L1.3_D1.05_3:1 15.0 0.01 1.30E-07 100.00% 0.01 0.0006855 93.15%
L1.3_D1.05_1:1 15.0 0.01 8.95E-07 99.99% 0.01 0.0014104 85.90%
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