陶瓷过滤器脉冲反吹系统内流场的数值模拟

作者:王素华;姬忠礼;王树立 刊名:石油大学学报(自然科学版) 上传者:朱友河

【摘要】将陶瓷过滤器滤管内流场简化为二维轴对称、可压缩、非稳态湍流流场 ,采用贴体网格和计算流体力学方法对脉冲反吹系统内流场进行了数值模拟。模拟结果表明 ,在脉冲反吹过程中 ,引射空间和滤管内、外流场均为非稳态流场。在气体引射过程中 ,喷吹气流与被引射气流的相互作用不断变化。在初始阶段 ,由于喷吹气体速度较小 ,引射器入口区域存在二次引射现象。随着喷吹气体速度的增大 ,引射气量也逐渐增加 ;当脉冲反吹过程临近结束时 ,管内气体首先在引射器入口外侧的集气室内流动 ,随后逐渐扩展到引射器内部区域。

全文阅读

引言一般采用脉冲反吹清灰方式实现高温陶瓷过滤器微孔陶瓷滤管的循环再生。过滤器能否实现长周期稳定运行,其关键在于脉冲反吹系统的性能。[1]和..[2]将脉冲喷嘴、引射器和滤管内的流动假定为一维稳态流动,分析了喷嘴直径、引射器喉管直径等参数对滤管内压力的影响,并给出了气体引射比及管内轴向速度的变化规律。.等[3]采用二维轴对称、准稳态模型,利用流体计算软件模拟了滤管内的速度场和温度场。但以上两种模型均假设稳态流动,与实际情况差别较大。脉冲喷嘴、引射器和滤管内的流场实际是二维、非稳态、可压缩湍流流场,利用计算流体力学方法对其进行模拟,对于深入了解脉冲反吹机理、进行脉冲反吹系统的结构优化设计具有重要意义。1控制方程及其转换1.1圆柱坐标系下的控制方程依据流场测量结果,对滤管内外流场进行简化:将引射空间、滤管内外空间作为计算区域,并将其内部的流动过程视为二维轴对称可压缩非稳态流动;流体在滤管壁内的流动过程为沿径向的一维非稳态渗流,流动规律符合公式;将能量方程与流动控制方程联立计算,运用湍流模型基于以上假设,引射空间和滤管内流场控制方程[4]为:++1()=+1()+1.(1)其中=,=2+(+),=2+(+),=00-0,=0++,=0++式中,为密度,/3;为压力,;,分别为,方向上的速度分量,/;为湍动能,2/2;为温度,;为热传导系数,/();为耗散率,2/3;为总能量,/3。采用下式计算,,:=+12(2+2+2)+=1-1+12(2+2)+,=+=+12(2+2+2)+=1-12+12(2+2)+,==+.式中,为总焓,/;,分别为比定容热容和比定压热容,/();为比热比,=/=1.4;为声速,==/,这里采用了状态方程=;为数,层流时,=072,湍流时,=0.9。对于湍流流动,粘度=+。其中为层流粘度,由公式给出;为湍流粘度,=2/,为无量纲常数,=0.09。在方程中=+,=+,=-,=(1-2),=232---23+232---23+232---23++2.式中,无量纲常数=1,=1.3,1=1.44,2=1.92。1.2贴体坐标系下的控制方程由于计算区域为不规则区域,采用贴体坐标进行计算。引入坐标变换=(,),=(,),则控制方程经过坐标变换后变成贴体坐标系下的控制方程[5]++=++.(2)其中=,=+,=+,=+,=+,=1(+-),=-.式中,是坐标变换的行列式。1.3计算区域及网格生成针对陶瓷过滤器的结构特点,取图1所示的一根滤管及其附近空间作为研究区域,采用贴体网格生成技术来划分网格。图1滤管示意图2计算条件在进行流场计算时,初始条件为均匀的静止流场。由于喷嘴直径较小,假设喷嘴内流动速度沿径向均匀分布,其平均速度由图2所示的实测速度给定。喷嘴处的湍动能和耗散率分别为=0.00152,=3/2.其中=0.015.式中,为喷嘴出口直径;为喷嘴出口平均速度。气体通过滤管壁的径向速度由非稳态形式的公式给定=.(3)式中,为气体通过管壁的径向速度;为滤管壁渗透系数,取决于滤管壁的几何结构,计算中的取值为1.6810-112;为滤管壁两侧的压力差,;为滤管壁的厚度。图2喷嘴出口平均速度实测曲线3计算结果及分析利用编写的计算程序计算了喷吹压力为0.7、脉冲宽度为46和喷吹距离为50时的引射空间和滤管内外流场。图3和图4为滤管内图1所示的4个轴向位置的轴向速度计算值和实测值的比较。由图3,4可以看出,滤管内的轴向速度都存在明显的零速段、气流下行段及气流上行段,并由滤管入口至底部逐渐降低。滤管内4个不同轴向位置的轴向速度计算值和实测值吻合较好,但计

参考文献

引证文献

问答

我要提问