空气辅助喷雾技术的Fluent数值模拟

作者:葛少成;祖珍妮;荆德吉;陈曦; 刊名:辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 上传者:刘奕

【摘要】为降低输煤系统中产生的小粒径粉尘质量浓度,采用空气辅助喷雾技术进行除尘.利用fluent软件建立数学模型,对空气辅助喷雾技术进行相关的数值仿真.利用多相流理论,对影响空气辅助喷雾的相关因素进行分析,得出其主要影响因素是空气速度.研究结果表明:空气相对液体的速度越大,则雾滴速度越大、喷雾角越大;空气相对液体的速度越大,则雾滴粒径越小、雾滴破碎越剧烈、液滴分布更均匀;雾滴破碎粒径与空气速度的1.14次方成反比.将确定的最佳技术参数应用于现场,降尘率达90%以上.

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0引言目前,煤矿生产及运输过程中产生大量粉尘,而且粒径越来越小,随着排放标准的越来越严格,降尘技术也随之提高.在国内外,除尘技术主要分为湿式除尘技术和干式除尘技术.由于尘源的开放性,不易密闭收集,所以现阶段,湿式除尘技术应用更为广泛[1-6].从除尘效率和经济状况等方面考虑,气动喷雾具有适用范围广泛、结构简单、磨损小、操作压力较低、无需高压泵、所获得的雾滴较细等优点,雾滴粒径与粉尘粒径越接近,捕尘效果越好,所以空气辅助雾化喷嘴对捕捉小粒径粉尘有明显的效果.本文充分考虑雾化过程中破碎模型[3]、碰撞模型[7]、蒸发模型[8]等,对空气辅助喷雾雾化场进行数值模拟,目的是提高捕尘效率,将粉尘质量浓度降到安全范围内,为其他场所的防尘工作提供借鉴.1雾化机理液体由二流体空气辅助喷嘴的中心管喷出,压缩空气经过气体分布器后从环隙喷出.当气液两相流在喷嘴出口端面接触时,由于气体从环隙喷出的气体速度较高,而液体流出速度较小,在二流体之间存在较大的相对速度,从而产生较大的摩擦力,将液体雾化[9-10].空气辅助喷嘴的雾化机理在一般情况下认为属于膜状雾化,所以所获得的雾滴较细.当雾滴群离开喷嘴时,其形状是一个锥形薄膜,其中心是被空气充满的,薄膜不断地膨胀扩大,然后分裂成极细雾滴,而薄膜的残余周边则分裂为较大的雾滴.2数值模拟本文以喷口直径为2mm为例,根据需要建立高为500mm、直径为100mm的圆柱体喷雾流场几何模型,见图1,并进行网格划分,网格数为1104414.图1流场几何模型Fig.1geometricmodelofflowfield喷雾过程为典型的多相流,边界条件设定为入口是速度入口,出口为自由流动,将气体流场视为连续相,并且气相为不可压缩非稳态湍流流动,液体水视为离散相,采用湍流模型,泰勒比破碎模型,碰撞模型和蒸发模型,气液间无能量交换.进行相间耦合计算,直到迭代收敛.2.1连续相方程连续方程()0t?+??=?V,式中,为密度,g/cm3;t为时间,s;V为速度矢量.动量方程(Navier-Stokes方程)xxxxSxVgradVVtV+??-??=??+??)()()(;yyyySyVgradVVtV+??-??=??+??)()()(;zzzzSzVgradVVtV+??-??=??+??)()()(,式中,Vx、Vy、Vz分别为x、y、z轴上的速度分量,m/s;为流体动力黏度,Pas;Sx、Sy、Sz分别为x、y、z轴上的源项.2.2离散相方程dgp1p1d()()dugFuuFt-=-++;dd2p1p11824CReFd=,式中,g为气体密度,g/cm3;p1为液体密度,g/cm3;ug为气体速度,m/s;up1为液体速度,m/s;Fd为雾滴单位曳力,N;dp1为液滴直径,m;Re为雷诺数;Cd为曳力系数;g为重力加速度,m/s2;F为其他作用力,N.2.3破碎模型假设液滴扭曲变形可以描述为与弹簧质量系统相似的一维受迫衰减简谐振动,Amsden[1]提出了基于泰勒推导的TAB模型.根据TAB破碎原理,空气辅助雾化模型为2ggp1p1FK3(uu)kdCC-=,式中,r为液滴半径,m;k为湍流动能,kgms-2;mp1为单个液滴质量,kg;为液体表面张力,N/m;CF、CK为无量纲数,通过实验得出CF=1/3,CK=8.0.2.4蒸发模型液相雾滴在受外热源影响下发生蒸发,这是一个瞬态的过程.其过程同时伴有热量和质量的传递.雾滴在空气中运动的过程中,空气将热量以对流方式传递给雾滴,同时雾滴的边界层将水分传递到空气中.Ranz[2]等提出了经验公式

参考文献

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