不同袋长脉冲袋式除尘器流场的数值模拟及优化研究

摘要

随着大气污染的日益严峻，颗粒物的有效去除逐渐成为人们关注的焦点。作为能够高效处理工业颗粒物的袋式除尘器，对其性能提出了更高的要求。之前有学者研究了不同的入口方式、滤袋数目、导流板的有无等对袋式除尘器的影响，而本文主要采用数值模拟的方法对不同袋长脉冲袋式除尘器进行相应的优化研究，主要内容如下:
　　首先，以某环保公司的中试装置为模型，考察三种不同袋长脉冲袋式除尘器的流场分布。采用CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟6m、8m和10m三种袋长脉冲袋式除尘器，依据流量分配系数、速度云图、过滤阻力等分析流场内的速度和压力分布。结果表明:袋长为10m的脉冲袋式除尘器流量分配系数更趋近于1.0;相同过滤速度下，速度相对标准偏差的数值6m＞8m＞10m，滤袋长度为10m时速度分布比较均匀;虽然10m的除尘器产生的过滤阻力最大，但在低过滤速度条件下，优势明显，因此长袋脉冲袋式除尘器适合在较低的过滤速度下运行。
　　其次，模拟研究三种不同袋长脉冲袋式除尘器的气固两相流场。采用简化的欧拉模型-代数滑移混合模型(Algebraic Slip Mixture Model，ASMM)模拟三种袋长分别为6m、8m和10m的袋式除尘器处理粒径为1μm、2.5μm、5μm、10μm和20μm颗粒时其内的气固两相流动。对比分析了不同袋长除尘器内压力云图、速度云图、颗粒相体积份额以及压力损失等，结果表明:随着滤袋长度的增加，除尘器内部流场的均匀性提高;袋式除尘器对五种不同粒径颗粒都具有一定的去除能力，滤袋长度为8m时受到的二次扬尘影响较小;滤料及粉尘层厚度为2mm时，袋式除尘器的压力损失随着滤袋长度的增加而增加，颗粒粒径对除尘器压力损失的影响较小;通过对比袋长为8m时除尘器模拟压降与实验结果，验证了模拟结果的可靠性。同时得出除尘器的最优袋长为8m。
　　最后，针对单条滤袋模拟分析袋式除尘器的脉冲喷吹过程。脉冲喷吹初期滤袋内的气流速度迅速增大，接近音速，随着喷吹的结束，气流速度又急剧减小;对比分析滤袋长度分别为6m、8m和10m时的滤袋壁面峰值压力，滤袋越长，袋底的壁面峰值压力越小，不利于清灰，因此滤袋长度不能过长;随着喷吹压力由200kPa、300kPa、400kPa、500kPa逐渐增大，壁面峰值压力也逐渐增大，但过大的压力值也易造成滤袋的破损;除了喷吹时间为40ms时壁面峰值压力值明显偏小外，喷吹时间为60ms、100ms和150ms时峰值压力曲线基本吻合。在本研究条件下，滤袋长度为8m，喷吹压力为200kPa，喷吹时间为100ms时为最佳的脉冲喷吹清灰的条件。
　　通过本文的研究，综合分析得出的各种压力云图、速度云图、折线图以及柱状图等，认为在本研究条件下，滤袋长度为8m时脉冲袋式除尘器的性能比较理想，有利于除尘效率的提高。数值模拟的结果为脉冲袋式除尘器的研究提供了理论依据。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 中国大气污染现状

1．2 颗粒物污染控制概述

1．2．1 大气颗粒物简介

1．2．2 颗粒捕集理论基础

1．2．3 工业颗粒物污染控制技术

1．3 袋式除尘器简介

1．3．1 袋式除尘器工作原理

1．3．2 国内外袋式除尘器的发展历程

1．3．3 袋式除尘器运行中存在的问题

1．4 计算流体动力学概述

1．4．1 CFD的求解过程

1．4．2 CFD的三维湍流数值模拟方法

1．4．3 除尘领域CFD常用数学模型

1．4．4 CFD常用软件Fluent

1．4．5 CFD在袋式除尘器领域的应用

1．5 课题研究的目的、意义和内容

1．5．1 研究的目的和意义

1．5．2 研究的主要内容

第2章 滤袋长度对袋式除尘器内气体流场影响的数值模拟研究

2．1 物理模型及网格划分

2．2 控制方程与湍流模型

2．3 边界条件

2．4 求解方法与求解控制参数

2．5 数值模拟结果讨论与分析

2．5．1 流量分布均匀性的模拟分析

2．5．2 流场压力分布的模拟分析

2．5．3 流场速度分布的模拟分析

2．5．4 过滤阻力模拟分析

2．6 本章小结

第3章 基于ASMM模型对不同袋长袋式除尘器气固两相流的模拟研究

3．1 多相流模型简介

3．2 数学模型及控制方程

3．3 数值计算方法和边界条件

3．4 模拟结果分析与讨论

3．4．1 压力云图

3．4．2 速度云图

3．4．3 颗粒体积份额

3．4．4 压力损失

3．4．5 模型验证

3．5 本章小结

第4章 不同袋长袋式除尘器脉冲清灰性能研究

4．1 袋式除尘器清灰技术的发展与分类

4．2 袋式除尘器脉冲清灰机理和过程

4．2．1 脉冲清灰机理

4．2．2 脉冲清灰过程

4．3 影响袋式除尘器喷吹主要参数

4．4 袋式除尘器脉冲喷吹清灰的CFD方法

4．4．1 基本假设

4．4．2 几何模型与网格生成

4．4．3 计算模型与边界条件

4．5 脉冲喷吹模拟结果及分析

4．5．1 脉冲喷吹袋式除尘器的速度云图分布

4．5．2 滤袋长度对脉冲喷吹效果的影响

4．5．3 喷吹压力对脉冲喷吹效果的影响

4．5．4 喷吹时间对脉冲喷吹效果的影响

4．6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况

研究课题