撞擊式氣固分離器顆粒運(yùn)動(dòng)特性數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究.pdf

1、針對目前風(fēng)洞中廣泛應(yīng)用的過濾網(wǎng)顆粒分離器存在易堵塞、壓損大的缺點(diǎn)，本文將撞擊式慣性氣固分離器應(yīng)用于風(fēng)洞中含塵氣流的凈化，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究。實(shí)驗(yàn)研究中，先采用顆粒軌跡成像法，結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)來記錄顆粒在氣固分離器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析了氣固分離器內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)特性；接著對分離器內(nèi)氣動(dòng)特性進(jìn)行了研究，獲得分離器結(jié)構(gòu)的壓力損失、廢氣流量以及分離器出口氣流的均勻性等。數(shù)值模擬采用Fluent軟件，先對影響顆粒分離效率的參數(shù)進(jìn)行了正交模擬研

2、究，獲得各參數(shù)對顆粒分離效率影響的主次順序；接著采用控制變量法對氣固分離器內(nèi)顆粒直徑為10～200μm，顆粒密度為3200kg/m3的顆粒分離特性隨結(jié)構(gòu)參數(shù)及入口主流速度的變化而變化的情況進(jìn)行了研究并獲得相應(yīng)的變化規(guī)律；最后對顆粒自身參數(shù)對顆粒分離效率的影響進(jìn)行了研究并獲得相應(yīng)的變化規(guī)律。通過理論分析、實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，可以得出以下結(jié)論：
　?。?）基于正交設(shè)計(jì)的顆粒分離效果影響因素模擬研究
　　影響顆粒分離效果的各參數(shù)的

3、主次順序?yàn)椋侯w粒粒徑>分離齒角>來流速度>球形度>頭部錐角>顆粒密度。正交分析結(jié)果表明顆粒自身參數(shù)對分離效果的影響是顯著的，因此不僅要研究分離器結(jié)構(gòu)參數(shù)及來流速度對顆粒分離的影響，還要研究顆粒自身參數(shù)對顆粒分離的影響。
　?。?）分離器結(jié)構(gòu)參數(shù)及來流速度對顆粒運(yùn)動(dòng)分離特性的影響規(guī)律
　　氣固分離器的分離效率隨著頭部錐角的增大先增加后減?。浑S著分離齒角的增大而增加，當(dāng)分離齒角為70°時(shí)分離效率甚至接近100％，然而分離齒角越大

4、，顆粒分離器越趨向于細(xì)長，會(huì)影響分離器的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。顆粒分離效率隨來流速度的增加先緩慢升高后逐漸降低。分離器壓降損失隨結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化的幅度很小，但隨著來流速度的增加，壓損迅速增大，當(dāng)主流速度為150m/s時(shí)，分離器的壓降達(dá)到來流總壓的53%，但廢氣流量損失一直保持在10%以內(nèi)。馬格努斯升力對顆粒重力的影響主要體現(xiàn)在頭部錐體附近的顆粒，此處顆粒的馬格努斯升力與重力大小相當(dāng)，可將重力對顆粒運(yùn)動(dòng)的影響基本抵消。在分離器出口處存在較大的徑向速

5、度梯度，當(dāng)距離達(dá)到分離器出口約8倍直徑處，流場已經(jīng)均勻。
　?。?）顆粒自身參數(shù)對顆粒運(yùn)動(dòng)分離特性的影響規(guī)律
　　顆粒密度對顆粒分離效率的影響：2kg/m3的顆粒分離效果不明顯；當(dāng)顆粒密度由500kg/m3逐漸增加到6000kg/m3時(shí)，1μm小顆粒的分離效率隨著密度的增加而增加，50～500μm的顆粒分離效率隨著密度的增加而減小。顆粒粒徑對顆粒分離效率的影響：1μm顆粒分離效果很不明顯；當(dāng)顆粒粒徑由20μm逐漸增加到500

6、μm時(shí)，2kg/m3的顆粒的分離效率隨著粒徑的增加逐漸增加，500～6000kg/m3的顆粒的分離效率隨著粒徑的增加逐漸減小。顆粒球形度對顆粒分離效率的影響：1μm小顆粒的分離效率隨球形度的增加逐漸增加，但增加幅度很小，分離效果不明顯；50～500μm顆粒的分離效率隨著球形度的增加而減小，而且顆粒粒徑越大，球形度對顆粒分離效率的影響越顯著。
　?。?）對于某高超聲速風(fēng)洞中密度為3200kg/m3、粒徑范圍為10～200μm的顆粒，