零电晕型大度数电动除尘器流体数据解析

零电晕型大度数电动除尘器,计算模型及边界条件流场计算的基本假设(1)流体为不可压缩,定常流动。(2)考虑通道的入口效应,即假设入口处速度分布均匀,随后在壁面处形成附面层。(3)考虑因入口处切向速度引起的非对称性。

控制方程基于上述对流场的基本假设,采用Bouss-inesq涡粘性假设中各向同性湍流动力粘度及湍流应力与时均速度梯度呈线性关系的假设<3>,可以得出各种坐标系下的不可压流体的连续性方程与动量方程以及使方程组封闭的J-E模型的通用形式<3>:9(Q<)9t+div(QT<)=div(grad<)+s若流动为非稳态,则包括左边第一项。

对于动量方程中的压力项被包含在源项中,且指的是静压。

紊流模型无电晕式高温静电旋风除尘器属于强旋流动,其中含有涡流,并且是高度的各向异性<4>,因此在解连续性方程和动量方程的时候,还必须求解附加的湍流输运方程。为了简化除尘器内部整个流场的计算,不予考虑各向异性,采用J-E双方程模型。在对方程进行离散时,压力项、速度项、湍动能和湍流耗散项均采用二阶迎风格式,压力与速度的耦合采用SIMPLEC算法。

边界条件无电晕式高温静电旋风除尘器的具体结构如,为避免在计算过程中出现严重的回流现象,在入口和出口处分别给定压力入口和压力出口边界条件。入口为均匀入流,根据入口全压和静压的关系,给定流速和全压就可以得到静压。

外壁面处采用绝热边界条件即热流量等于0.在固体壁面附近的区域采用标准的壁面函数<3>,固体壁面采用无滑移边界条件。

CFD计算对象及结构尺寸其中,CFD为计算流体动力学。无电晕式静电旋风除尘器的物理模型如所示。由于受入口处沿切向气流的影响,内部流场呈现出了不对称性,鉴于此,将模型置于三维坐标下进行数值计算。坐标原点设在圆筒与锥体结合的中心处,沿x轴正方向为正,反之为负;沿z轴向上为负,向下为正,并沿z轴方向由中心每1-除尘器排气口;2-除尘器入口;3-除尘器内筒;4-除尘器外筒壁;5-电子发射极;6-除尘器排灰口静电旋风除尘器的物理模型隔500mm设置一个断面,在不同的断面处分别对比旋风除尘器以及不同发射极半径的无电晕式静电旋风除尘器在不同半径位置处沿切向、轴向以及径向的速度分布和压力分布。

CFD计算结果及分析入口气流沿切向以2m/s的速度进入除尘器。为了便于分析和对比,文中分别给出了旋风除尘器、发射极直径为10mm和发射极直径为20mm的无电晕式静电旋风除尘器这3种情况下的流场计算结果。

对于下述图形中符号的意义及图形中所有速度方向的定义:正径向速度指向旋转轴的外向,正切向速度用右手定则来判断,与入口处流体的旋转方向相反,大拇指指向即为正轴向速度。

切向速度分布及分析由可知,无电晕式静电旋风除尘器切向1-旋风除尘器;2-发射极直径为10mm;3-发射极直径为20mm不同断面处切向速度分布4结构,外涡旋近似呈准自由涡流动,内涡旋近似呈强制涡流动,内外涡旋交界面上的切向速度值最大。圆筒部分交界面大概在离轴心180mm处,圆锥部分(由上至下)内外涡旋交界面逐渐向轴心移动。沿z轴方向,从上到下各断面上的切向速度的峰值逐渐减小。从中可以明显地看出,切向速度分布基本上是呈对称的/W0形分布。无电晕式静电旋风除尘器呈现出与旋风除尘器相似的切向速度分布。

通过在不同断面处切向速度的分布比较得出,在相同入口气流速度情况下,在相同位置处,旋风除尘器切向速度值要低于无电晕静电旋风除尘器,且对于这两者来说其切向速度的峰值都出现在接近筒壁处,这说明在靠近筒壁处的粉尘颗粒所受的离心力较大。随着发射极半径的增大,无电晕式静电旋风除尘器切向速度值逐渐增大而且切向速度的梯度也逐渐增大。由于受沿程阻力及几何形状的影响,除尘器从上至下切向速度逐渐变小。

在圆筒部分中心处,其切向速度基本为零,而在圆锥部分中心处具有一定的切向速度值。

轴向速度分布及分析由可以发现,旋风除尘器和无电晕式静电旋风除尘器的轴向速度在圆筒部分呈现出由中心向壁面先降低后增加再降低的分布,而在圆锥部分则是由中心向壁面沿径向逐渐降低。2种除尘器中轴向速度均存在外部下行流区和内部上行流区的流动结构,在圆筒部分,其上、下行流区的交界面基本维持在r=100mm处。随着发射极半径的增大,圆筒部分轴向速度的峰值变大,这不利于延长粉尘颗粒在除尘器中的停留时间,因此降低了除尘的效率。2种除尘器在圆筒部分从上至下其轴向速度值变小,而在圆锥部分轴向速度值又开始增加。中速度曲线的不连续是由于发射极的存在。

静压分布及分析由旋风除尘器和静电旋风除尘器的静压分布可以看出,静压基本上是呈对称的/V0分布,前者压力最低值基本维持在中心处,而后者压力最低值不是在中心处,而是偏离中心约20mm左右,且沿径向随着半径的增大压力逐渐升高。由可以得出,无电晕式静电旋风除尘器静压分布曲线的变化速率(即压力梯度)高于旋风除尘器,因此,静电旋风除尘器的径向抽吸现象会更为明显,这正好与径向速度分布相吻合。随着发射极半径的增大,各不同断面相同半径位置处的静压差减小且静压值逐渐变小。

结论通过对无电晕式静电旋风除尘器内部复杂流场的计算模拟,并对结果进行分析后得出:切向速度呈双涡旋结构,交界面上的切向速度最大,且交界面的位置在圆筒部分基本维持在一固定位置,而圆锥部分则随着断面的下移其交界面也逐渐向轴心移动。