撞擊式氣固分離器顆粒運動特性數(shù)值模擬和試驗研究.pdf

1、針對目前風洞中廣泛應用的過濾網(wǎng)顆粒分離器存在易堵塞、壓損大的缺點，本文將撞擊式慣性氣固分離器應用于風洞中含塵氣流的凈化，并進行實驗和數(shù)值模擬研究。實驗研究中，先采用顆粒軌跡成像法，結(jié)合數(shù)字圖像處理技術來記錄顆粒在氣固分離器內(nèi)的運動軌跡，分析了氣固分離器內(nèi)顆粒的運動特性；接著對分離器內(nèi)氣動特性進行了研究，獲得分離器結(jié)構的壓力損失、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)構參數(shù)及入口主流速度的變化而變化的情況進行了研究并獲得相應的變化規(guī)律；最后對顆粒自身參數(shù)對顆粒分離效率的影響進行了研究并獲得相應的變化規(guī)律。通過理論分析、實驗及數(shù)值模擬研究，可以得出以下結(jié)論：
　?。?）基于正交設計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、主次順序為：顆粒粒徑>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)構參數(shù)及來流速度對顆粒運動分離特性的影響規(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，當分離齒角為70°時分離效率甚至接近100％，然而分離齒角越大

4、，顆粒分離器越趨向于細長，會影響分離器的強度結(jié)構。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，當主流速度為150m/s時，分離器的壓降達到來流總壓的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，可將重力對顆粒運動的影響基本抵消。在分離器出口處存在較大的徑向速

5、度梯度，當距離達到分離器出口約8倍直徑處，流場已經(jīng)均勻。
　　（3）顆粒自身參數(shù)對顆粒運動分離特性的影響規(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；當顆粒密度由500kg/m3逐漸增加到6000kg/m3時，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；當顆粒粒徑由20μm逐漸增加到500

6、μm時，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。
　?。?）對于某高超聲速風洞中密度為3200kg/m3、粒徑范圍為10～200μm的顆粒，