趙海鳴，謝信，夏毅敏，廖小樂

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濕式除塵風(fēng)機(jī)三相除塵運(yùn)行參數(shù)研究

趙海鳴1, 2，謝信1，夏毅敏1, 2，廖小樂1

(1. 中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410083；2. 中南大學(xué)高性能復(fù)雜制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙，410083)

針對(duì)濕式除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣液固三相流場(chǎng)的特點(diǎn)，在FLUENT中采用歐拉法描述氣相湍流流動(dòng)，采用拉格朗日法描述粉塵與液滴的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)考慮氣、液、固三相之間的耦合關(guān)系，運(yùn)用Euler/DPM/DPM模型對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證該數(shù)值模型用于模擬風(fēng)機(jī)三相流場(chǎng)的可行性與準(zhǔn)確性，為進(jìn)一步優(yōu)化濕式除塵風(fēng)機(jī)提供依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上研究濕式風(fēng)機(jī)的除塵效率與粉塵粒度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及液氣比等參數(shù)的相互關(guān)系。研究結(jié)果表明：粉塵粒度越大、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高、液氣比越大，除塵效率越高；當(dāng)粉塵粒度由15 μm減少到1 μm時(shí)，除塵效率從99%降至65%；當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由1 500 r/min增加到1 700 r/min時(shí)，粒度為3~10 μm的顆粒除塵效率可提高3%~5%；提高增大液氣比(0.1~0.4 L/m3)可明顯提高小粒度粉塵顆粒(1~10 μm)的除去效率。

濕式除塵風(fēng)機(jī)；氣液固；三相流；除塵效率；數(shù)值模擬

風(fēng)機(jī)作為除塵器的動(dòng)力源，是除塵系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)僅為除塵系統(tǒng)中的氣流提供動(dòng)力，不能參與除塵，并且為了減少葉輪的磨損，風(fēng)機(jī)安裝在除塵器的出口位置。濕式除塵器由于具有較好的除塵效果，工業(yè)應(yīng)用廣泛[1]，但其排出的煙氣帶水現(xiàn)象，容易引起風(fēng)機(jī)葉輪黏灰，產(chǎn)生異常振動(dòng)，而且會(huì)嚴(yán)重腐蝕風(fēng)機(jī)葉片[2]。而濕式除塵風(fēng)機(jī)由于采用開式的葉輪設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)怕水、怕塵的難題，并可直接參與除塵。利用濕式風(fēng)機(jī)除塵是對(duì)濕式除塵的一大創(chuàng)新，其具有除塵效率高、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)等突出優(yōu)點(diǎn)。濕式除塵風(fēng)機(jī)既可單獨(dú)用于通風(fēng)除塵，也可與其他裝置組成復(fù)合型除塵器參與除塵。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)濕式除塵風(fēng)機(jī)三相流場(chǎng)及運(yùn)行參數(shù)的研究很少，利用數(shù)值模擬技術(shù)研究該風(fēng)機(jī)三相流場(chǎng)變化規(guī)律、除塵影響因素及相互間關(guān)系顯得十分必要。濕式風(fēng)機(jī)除塵的過程為氣液固三相湍流流動(dòng)，其內(nèi)部各相之間的相互作用、相互耦合關(guān)系十分復(fù)雜，難以精確描述。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的三相流動(dòng)模型有擬均相模型[3]、三流體模型[4]、歐拉?離散相模型[5?7]等，其中擬均相模型和三流體模型能合理象地考慮氣液固三相之間的相互作用，但將固體顆粒視為擬流體，與其分散性的本質(zhì)特點(diǎn)相違背；歐拉?離散相模型針對(duì)氣液固各相流動(dòng)的特點(diǎn)，采用Euler?Lagrange方法，在Euler坐標(biāo)系中描述連續(xù)相的運(yùn)動(dòng)，在Lagrange坐標(biāo)系中描述離散相的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)考慮離散相與連續(xù)相之間的耦合作用，這種模型能夠較好地模擬多相流動(dòng)，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。本文作者在 FLUENT中將濕式除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)氣體相視為連續(xù)相在Euler坐標(biāo)系下計(jì)算其流場(chǎng)，而將粉塵顆粒和液滴視為離散相在Lagrange坐標(biāo)下描述其運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)考慮顆粒相與連續(xù)相間的耦合作用，運(yùn)用Euler/DPM/DPM模型模擬風(fēng)機(jī)的三相流場(chǎng)。將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型對(duì)濕式風(fēng)機(jī)三相流場(chǎng)計(jì)算的可行性與準(zhǔn)確性，并在此數(shù)值模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)濕式除塵風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析。

1 物理模型及簡(jiǎn)化

濕式除塵風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

濕式除塵風(fēng)機(jī)采用開式的葉輪設(shè)計(jì)，無前后輪盤，而將葉片直接焊接在輪盤上，故可獲得較高的葉片強(qiáng)度，滿足機(jī)械除塵的要求。同時(shí)，無前后輪盤的葉輪結(jié)構(gòu)既可以防止泥漿的粘結(jié)，又利于在葉片上噴涂耐磨涂層，提高葉片的耐磨性。濕式除塵風(fēng)機(jī)入口處安裝有霧化噴嘴，其將霧化液滴直接噴到葉輪之上，在葉輪上形成一層水膜，同時(shí)在葉輪強(qiáng)烈撞擊和擾動(dòng)的作用下，液滴會(huì)進(jìn)一步霧化、破碎，這使得風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)充滿氣溶膠狀的極細(xì)液滴，并且由于葉輪離心力作用及液體凝聚，到達(dá)蝸殼內(nèi)壁面形成一層水膜。進(jìn)入風(fēng)機(jī)的粉塵顆粒中一部分會(huì)被高速旋轉(zhuǎn)的葉片撞擊而被其上黏附的水膜捕集，一部分與蝸殼內(nèi)的霧化液滴發(fā)生慣性碰撞而被捕集，另一部分粉塵顆粒在離心力的作用下甩向蝸殼壁面被水膜捕集。

1—風(fēng)機(jī)入口；2—霧化噴嘴；3—蝸殼；4—葉片；5—葉輪；6—風(fēng)機(jī)出口。

由于濕式除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)部三相除塵過程較復(fù)雜，其內(nèi)部流動(dòng)包括氣相湍動(dòng)與輸運(yùn)、多相流動(dòng)與液滴蒸發(fā)、液體包裹粉塵捕集、粉塵碰壁捕集、液滴的霧化、破碎與凝并等。若對(duì)上述過程進(jìn)行全部模擬，將使數(shù)值計(jì)算過程極復(fù)雜，也不能達(dá)到預(yù)期效果，特進(jìn)行如下假設(shè)與簡(jiǎn)化：1) 氣體相視為不可壓縮的流體；2) 假設(shè)粉塵、液滴為惰性球體；3) 不考慮顆粒間的破碎及聚并；4) 不考慮粉塵與液滴之間的傳質(zhì)與傳熱。

2 數(shù)值計(jì)算方法

2.1 氣相湍流流動(dòng)方程

工程上數(shù)值模擬計(jì)算常用的湍流模型有Standard?模型、RNG?模型、Realizable?模型和RSM模型。其中，Standard?模型采用各向同性假設(shè)，對(duì)強(qiáng)旋流、強(qiáng)分離流模擬較差，適合初始迭代；RNG?模型與Realizable?模型是Standard?模型的改進(jìn)模型，可以更好地處理高應(yīng)變率及流線彎曲程度較大流動(dòng)；RSM模型考慮了各向異性效應(yīng)，包含更多的物理機(jī)理，應(yīng)用范圍更廣，但由于方程間強(qiáng)耦合性，收斂稍差，且計(jì)算量大，對(duì)計(jì)算機(jī)要求高[8]。

該濕式除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)部為復(fù)雜的高速旋轉(zhuǎn)的湍流流場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著。Realizable?模型能夠較好地模擬風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)特性[9]，所以，本文采用Realizable?湍流模型對(duì)風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行模擬。

Realizable?湍流模型的輸運(yùn)方程如下[10]：

(1)

式中：為流體密度；x和x為各坐標(biāo)分量；和σ分別為湍動(dòng)能和耗散率的湍流普朗特?cái)?shù)；G為由平均速度梯度所產(chǎn)生的湍動(dòng)能；b為由浮力影響所產(chǎn)生的湍動(dòng)能；M為可壓縮湍動(dòng)脈動(dòng)膨脹對(duì)總的耗散率的影響；為分子黏性系數(shù)；為湍流黏性系數(shù)；S和為用戶針對(duì)該模型所自定義的源項(xiàng)。

2.2 離散相顆粒運(yùn)動(dòng)控制方程

在濕式除塵風(fēng)機(jī)中，粉塵顆粒與液滴的體積均相對(duì)于氣體相所占的比例遠(yuǎn)小于10%，故對(duì)粉塵顆粒與液滴采用離散相模型描述，此模型便于模擬顆粒相的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡，并且可以免去計(jì)算中的偽擴(kuò)散[11]。

離散相(包括粉塵顆粒、液滴顆粒)的作用力平衡方程在笛卡爾坐標(biāo)系下(方向)為[12]

式中：F(?p)為顆粒的單位質(zhì)量曳力，

(4)

為氣相速度；p為顆粒速度；為空氣密度；p為顆粒密度；為空氣動(dòng)力黏度；p為顆粒直徑；D為阻力系數(shù)；為相對(duì)雷諾數(shù)(顆粒雷諾數(shù))；F為其他作用力，包括附加質(zhì)量力、輻射力、布朗力等，本文忽略不計(jì)。

2.3 離散相與連續(xù)相耦合方程

濕式除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)部的粉塵顆粒與液滴會(huì)影響氣體相湍流的分布，模擬中要考慮離散相與連續(xù)相之間有相互作用，在DPM模型中粉塵顆粒、液滴與氣體相的作用可表示為[13]

式中：為氣相速度(m/s)；p為顆粒速度(m/s)；為流體密度(kg/m3)；p為顆粒密度(kg/m3)；為流體動(dòng)力黏度(Pa?s)；p為顆粒直徑(m)；C為阻力系數(shù)；為相對(duì)雷諾數(shù)；outher為其他相間作用力；為顆粒質(zhì)量流率；Δ為時(shí)間步長(zhǎng)。

2.4 網(wǎng)格劃分及邊界條件

采用Solidworks和ICEM CFD對(duì)濕式除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行建模和網(wǎng)格劃分。為了便于后續(xù)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，風(fēng)機(jī)模型的尺寸與實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)的尺寸一致，并帶有與實(shí)驗(yàn)裝置相同的進(jìn)出口測(cè)試管道，風(fēng)機(jī)葉輪直徑為1 000 mm，葉片寬度為220 mm，葉片為徑向出口直葉片、數(shù)量為6片。由于濕式風(fēng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及流動(dòng)狀況復(fù)雜，對(duì)蝸殼區(qū)域和葉輪區(qū)域采用四面體網(wǎng)格的Octree網(wǎng)格劃分方法，并對(duì)葉輪區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密，其他區(qū)域采用六面體網(wǎng)格的Block網(wǎng)格劃分方法。通過對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行無關(guān)性驗(yàn)證，得到網(wǎng)格模型扭曲度不小于0.38，網(wǎng)格總數(shù)約為207萬，網(wǎng)格模型如圖2所示。濕式除塵機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見圖3。

圖2 濕式除塵風(fēng)機(jī)網(wǎng)格模型

邊界條件設(shè)為：1) 進(jìn)口管道為壓力入口邊界條件，湍流強(qiáng)度為3.4%，水力直徑為0.5 m；2) 出口管道滿足出風(fēng)口邊界條件，通過調(diào)整壓力損失系數(shù)，以達(dá)到節(jié)流閥的效果，其湍流強(qiáng)度為3.2%，水力直徑為0.35 m；3) 風(fēng)機(jī)葉輪滿足旋轉(zhuǎn)壁面邊界條件，其他靜止壁面為無滑移壁面邊界條件；4) 風(fēng)機(jī)入口和出口為內(nèi)部面，將其設(shè)為采樣面，用于在數(shù)值計(jì)算中采集風(fēng)機(jī)進(jìn)出口全壓及粉塵濃度，便于與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；5) 數(shù)值計(jì)算所加入的粉塵與液滴顆粒粒度及其分布(顆粒粒度服從Rosin?Rammler分布[14?15])均與實(shí)驗(yàn)條件一致，計(jì)算參數(shù)如表1所示。

2.5 流場(chǎng)計(jì)算

在運(yùn)用FLUENT流體軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算過程中，先對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)部單相湍流流場(chǎng)進(jìn)行求解，控制方程采用realizable?雙方程模型及standard wall function壁面函數(shù)；壓力速度耦合采用SIMPLE算法，動(dòng)量方程采用一階迎風(fēng)格式，能量方程和湍流耗散方程采用二階迎風(fēng)格式；葉輪區(qū)域設(shè)為旋轉(zhuǎn)區(qū)，采用多參考系模型，旋轉(zhuǎn)區(qū)與靜止區(qū)通過interface面連接；收斂殘差為10?4。對(duì)濕式風(fēng)機(jī)三相除塵進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，先計(jì)算風(fēng)機(jī)氣相流場(chǎng)，計(jì)算收斂后加入粉塵與液滴顆粒相，交替求解連續(xù)相與離散相的控制方程，直至兩者均 收斂。

表1 計(jì)算參數(shù)

圖3 濕式除塵風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

3 數(shù)值計(jì)算實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

風(fēng)機(jī)的性能測(cè)試包括氣動(dòng)特性測(cè)試及除塵效率測(cè)試，實(shí)驗(yàn)裝置按GB/T 1236—2000“工業(yè)通風(fēng)機(jī)?用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn)”[16]及GB/T 15187—2005“濕式除塵器性能測(cè)定方法”[17]的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖3所示。風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置采用帶有進(jìn)出口管道的D型試驗(yàn)裝置，出口管道安裝ISO文丘里噴管用于測(cè)定流量，U型壓力計(jì)測(cè)量不同管道截面處的壓力，末端安裝的節(jié)流閥可調(diào)節(jié)管道的阻力；粉塵濃度儀用于除塵效率測(cè)試中測(cè)量風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的粉塵濃度，并將實(shí)驗(yàn)中測(cè)試點(diǎn)所測(cè)數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)中給出的方法計(jì)算風(fēng)機(jī)的全壓及除塵效率。

3.2 數(shù)值計(jì)算的可行性驗(yàn)證

3.2.1 單相湍流數(shù)值計(jì)算的可行性驗(yàn)證

當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min時(shí)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)出口管道處的節(jié)流閥改變管道的阻力，從而獲得風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)特性曲線，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。從圖4可見：所選的流動(dòng)計(jì)算模型能有效預(yù)測(cè)濕式除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)氣相的流動(dòng)過程。單相湍流模型對(duì)濕式除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)氣相流動(dòng)過程的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是除塵效率數(shù)值計(jì)算準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。

3.2.2 三相流數(shù)值計(jì)算的可行性驗(yàn)證

將相同運(yùn)行條件下濕式風(fēng)機(jī)除塵效率的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。從圖5可見：仿真計(jì)算值偏低，這可能是三相流模型忽略了相間的傳質(zhì)及顆粒之間的破碎、聚并等情況所致；模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，且計(jì)算誤差較小，說明基于Euler/DPM/ DPM數(shù)值模型用于模擬濕式除塵風(fēng)機(jī)三相流場(chǎng)的可行性與準(zhǔn)確性，其可用于進(jìn)一步研究運(yùn)行參數(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)除塵效率的影響。

圖4 風(fēng)機(jī)氣動(dòng)特性模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

圖5 除塵效率的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

4 運(yùn)行參數(shù)對(duì)除塵效率的影響

4.1 運(yùn)行參數(shù)取值

影響濕式除塵風(fēng)機(jī)除塵效率的運(yùn)行參數(shù)主要有粉塵顆粒粒度、液氣比、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，因此，分別對(duì)這3種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析。運(yùn)行參數(shù)如表2所示。

表2 運(yùn)行參數(shù)

4.2 不同粉塵粒度下的除塵效率

圖6所示為在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行工況下(風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速=1 700 r/min，液氣比=0.2 L/m3)，不同粉塵粒度時(shí)的顆粒軌跡圖。

由圖6可知：進(jìn)入風(fēng)機(jī)內(nèi)的大、中粒度粉塵顆粒大部分會(huì)直接撞到風(fēng)機(jī)葉輪上而被其上的水膜捕集，并最終在葉輪的作用力下甩向蝸殼內(nèi)壁，小部分會(huì)在離心力的作用下直接被甩至風(fēng)機(jī)蝸殼內(nèi)壁而被捕捉。小粒度顆粒跟隨氣體流動(dòng)性很強(qiáng)，不容易與風(fēng)機(jī)葉輪及蝸殼壁面發(fā)生碰撞，其中一部分顆粒將沿蝸殼方向從風(fēng)機(jī)出口逃逸。隨著顆粒減小，其在風(fēng)機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡變長(zhǎng)，停留時(shí)間增加，從風(fēng)機(jī)出口逃逸的數(shù)量增多，除塵效率降低。

由圖7可知：大、中粒度的粉塵顆粒(粒度p＞15 μm)除塵效率為100%，在風(fēng)機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間極短；粒度小于15 μm的顆粒隨粒度減少，停留時(shí)間逐漸增大，除塵效率隨之下降；對(duì)于粒度為1 μm的微小顆粒，除塵效率仍可達(dá)到65%，可見，濕式風(fēng)機(jī)的除塵效率很高。

4.3 不同轉(zhuǎn)速下的除塵效率

當(dāng)液氣比=0.2 L/m3，在不同轉(zhuǎn)速、不同粉塵粒度時(shí)，粉塵顆粒的除去效率見圖8。

從圖8可知：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大，除塵效率隨之增大；對(duì)于粒度大于15 μm的粉塵顆粒，其除去效率變化緩慢，再增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，除去效率變化不大。不同轉(zhuǎn)速下5 μm粉末顆粒質(zhì)量濃度分布見圖9。從圖9可知：在風(fēng)機(jī)葉輪的強(qiáng)力擾動(dòng)及離心力作用下，粉塵顆粒在風(fēng)機(jī)葉片的壓力面及蝸殼附近分布較集中；隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，粉塵顆粒所受葉輪的擾動(dòng)及離心力作用增強(qiáng)，粉塵顆粒在風(fēng)機(jī)葉片壓力面及蝸殼附近的聚集程度增大，更多的粉塵被葉片及蝸殼壁上的水膜捕捉，風(fēng)機(jī)出口粉塵濃度降低，除塵效率增大。而對(duì)于大、中粒度顆粒(粒度p＞15 μm)而言，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 500 r/min時(shí)除去效率達(dá)99%，提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)除去效率基本沒有影響。對(duì)于小粒度顆粒，提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可提高其除去效率。但過高的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速易引起除塵設(shè)備振動(dòng)，不利于除塵器安全運(yùn)行[18]，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速在適宜的范圍內(nèi)。

轉(zhuǎn)速n/(r?min)：(a) 1 500；(b) 1 600；(c) 1 700；(d) 1 800

1—降塵效率；2—停留時(shí)間。

轉(zhuǎn)速n/(r·min)：1—1 500；2—1 600；3—1 700；4—1 800。

轉(zhuǎn)速n/(r·min)：(a) 1 500；(b) 1 600；(c) 1 700；(d) 1 800

4.4 不同液氣比下的除塵效率

在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速=1 700 r/min，粉塵顆粒粒度不同時(shí)時(shí)，液氣比與除塵效率的關(guān)系見圖10。

液氣比q/(L·m?3)：1—0.1；2—0.2；3—0.3；4—0.4。

由圖10可知：當(dāng)粉塵粒度由1 μm增加到15 μm時(shí)，相同粒度粉塵除去效率隨著液氣比的增加而增加；液氣比的增加可明顯地提高粒度范圍為1~10 μm的顆粒除去效率；當(dāng)粉塵粒度大于15 μm時(shí)，除塵效率趨于平穩(wěn)，再增加粉塵粒度，除塵效率變化不大。

5 結(jié)論

1) 針對(duì)濕式除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)部氣液固三相流場(chǎng)的特點(diǎn)，運(yùn)用Euler/DPM/DPM三相流數(shù)值模型模擬濕式除塵風(fēng)機(jī)的三相流場(chǎng)，將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了此數(shù)值模型用于模擬風(fēng)機(jī)三相流場(chǎng)的可行性與準(zhǔn)確性。

2) 不同粒度的顆粒在風(fēng)機(jī)內(nèi)除去效率有較大不同：在標(biāo)準(zhǔn)工況下，大、中粒度顆粒(粒度p＞15μm)除去效率基本達(dá)到100%；粒度為1~10 μm的顆粒隨粒度的減少，除去效率下降；濕式風(fēng)機(jī)對(duì)1 μm微小顆粒除去效率降低到65%。

3) 增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，粉塵顆粒除塵效率隨之增加。當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 500 r/min時(shí)，對(duì)粒度大于15 μm的顆粒除去效率達(dá)99%，提高轉(zhuǎn)速對(duì)除去效率基本沒有影響；當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由1 500 r/min增加到1 700 r/min時(shí)，3~10 μm顆粒除塵效率可提高3~5%。

4) 增加液氣比，粉塵顆粒除去效率隨之增加。液氣比的增加可明顯提高粒度為1~10 μm的粉塵顆粒除去效率，而較大粒度的顆粒除去效率改變不大。增加液氣比是提高小粒度顆粒除去效率的重要方法。

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(編輯 陳燦華)

Research on operation parameters of three-phase flow in wet dust collecting fan

ZHAO Haiming1, 2, XIE Xin1, XIA Yimin1, 2, LIAO Xiaole1

(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083,China;2. State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing,Central South University, Changsha 410083, China)

Based on the feature of gas-liquid-solid three-phase flow in wet dust collecting fan, the method of Eulerian was used to simulate gas turbulent flow and the method of Lagrange was used to describe the motion of dust and droplet in FLUENT software. Considering the coupling relationship of gas-liquid-solid three-phase, the Euler/DPM/DPM three-phase model was used to simulate the three-phase flow of fan. Through comparing the numerical calculating results with experiment results, the veracity and feasibility of the model were verified to simulate the three-phase flow in wet dust collecting fan, which furtherly provides the basis for optimizing wet dust collecting fan. On this basis,the relationship between the separation efficiency and operation parameters such as the particle sizes, rotating speed and gas-liquid ratio were obtained by the numerical simulation. The results show that the greater the particles sizes and the higher the rotating speed and gas-liquid ratio, the higher the separation efficiency. The separation efficiency decreases from 99% to 65% when particle size decreases from 15 μm to 1 μm. The separation efficiency among the particle size range of 3?10 μm will increase by 3%?5% when the rotating speed increase from 1 500 r/min to 1 700 r/min. Increasing gas-liquid ratio (0.1?0.4 L/m3) can evidently promote the separation efficiency of small diagram dust particle (1?10 μm).

wet dust collecting fan; gas-liquid-solid; three-phase; separation efficiency; numerical simulation

10.11817/j.issn.1672?7207.2017.06.013

TH43

A

1672?7207(2017)06?1505?08

2016?07?07；

2016?09?19

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2012AA041801)；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0209302) (Project(2012AA041801) supported by the National High Technology Research and Development Program(863 Program) of China; Project2016YFC0209302) supported by the National Key Research and Development)

趙海鳴，教授，從事超聲探測(cè)、高效除塵技術(shù)研究；E-mail：zhm0097@126.com