VJFGB-30W-C仿真
濾筒沖刷原因分析
如圖1所示，7、8號(hào)濾筒由于更靠近壁面，與壁面之間的空間突然變狹小，氣流經(jīng)過(guò)此處時(shí)速度會(huì)增加，左側(cè)紅框內(nèi)速度大概在25m/s以上，右側(cè)大約15m/s。
圖1 氣流跡線圖
圖2為濾筒表面風(fēng)速，從圖中可以看出，7號(hào)濾筒左側(cè)出現(xiàn)全局最高風(fēng)速，8號(hào)濾筒右側(cè)風(fēng)速雖然非全部最高風(fēng)速，但其出現(xiàn)大面積承受高風(fēng)速的情況。
圖3-1、3-2為顆粒軌跡圖，顆粒材料為銅，質(zhì)量流率較低、粒徑小、密度大，所以考慮重力和空氣曳力。由圖可知，5、7、8號(hào)三個(gè)濾筒均受到顆粒的直接沖擊。 綜上，5、7、8號(hào)濾筒均沖刷較為嚴(yán)重，其中7、8號(hào)最嚴(yán)重，主要原因?yàn)橥ㄟ^(guò)這兩個(gè)濾筒側(cè)面的風(fēng)速過(guò)大，顆粒能量大，對(duì)濾筒撞擊能量大。
圖2 濾筒表面風(fēng)速
圖3 -1顆粒軌跡圖
圖3 -2顆粒軌跡圖
圖4 濾筒磨損云圖
管道數(shù)據(jù)計(jì)算
一、管道入口出口編號(hào)
二、管道中間截面速度云圖
三、管道中間截面壓力云圖
四、管道出口截面速度云圖
五、管道速度跡線圖
VJFXB-7.5ANT濾筒沖刷優(yōu)化報(bào)告
一、問(wèn)題描述
圖1.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖
該機(jī)型入口處兩邊濾筒側(cè)面沖刷嚴(yán)重，濾筒使用壽命降低，通過(guò)更改擾流板的方式改善情況，要求具有現(xiàn)場(chǎng)改造的可操作性。
二、問(wèn)題分析
對(duì)過(guò)濾倉(cāng)的進(jìn)行氣固兩相流分析，根據(jù)顆粒分布信息（如圖2.1所示），做以下簡(jiǎn)化模型處理：對(duì)于小粒徑顆粒（<100um）與氣流一起視為單相流；大粒徑顆粒（>100um）單獨(dú)作為固體相分析。在分析時(shí)對(duì)濾筒進(jìn)行編號(hào)，如圖2.2所示，通過(guò)分析濾筒表面風(fēng)速、大顆粒分布、大顆粒速度來(lái)綜合判斷濾筒的損傷。
仿真模型：?jiǎn)蜗嗔鞑捎?standard k-ε模型，解算方法采用Coupled，速度入口20m/s，壓力出口-2000Pa.粒徑分布模型采用R-R模型，并根據(jù)粒徑分布設(shè)置最小粒徑為20um，最大粒徑1000um，中位粒徑70um，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)擬合處質(zhì)量分布曲線，根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與粒徑的指數(shù)關(guān)系，計(jì)算得出擴(kuò)散指數(shù)為1.33。
圖2.1 顆粒質(zhì)量分布
圖2.2 濾筒編號(hào)示意圖
1. 濾筒表面風(fēng)速分析
圖2.3 濾筒表面速度云圖
實(shí)際工作情況中，主要是1號(hào)和3號(hào)濾筒受損嚴(yán)重。由于整個(gè)系統(tǒng)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此兩個(gè)濾筒表面情況類似，這里僅針對(duì)1號(hào)濾筒進(jìn)行分析。濾筒表面風(fēng)速云圖如圖2.3所示，1號(hào)濾筒三個(gè)方框的位置表面風(fēng)速較高，最高接近20m/s，接近入口風(fēng)速，因此這三個(gè)地方的受損比較嚴(yán)重，實(shí)際情況也確實(shí)如此。因此需要降低濾筒表面風(fēng)速，即間接降低小粒徑顆粒對(duì)濾筒的沖刷速度。濾筒的表面最大風(fēng)速如下表所示。
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濾筒編號(hào) |
最大表面風(fēng)速(m/s) |
|
1 |
20.7534 |
|
2 |
8.04969 |
|
3 |
19.1968 |
|
4 |
9.87762 |
|
5 |
8.7334 |
|
6 |
9.6921 |
2. 大粒徑顆粒速度分析
（a）
(b)
圖2.4 顆粒軌跡速度圖
針對(duì)>100um粒徑的顆粒，對(duì)其進(jìn)行顆粒軌跡分析，由圖2.4可知，大顆粒1號(hào)和3號(hào)濾筒附近的表面顆粒速度在6~9m/s，對(duì)濾筒沖擊較大，線條密集代表此處的顆粒較多，從圖2.5顆粒分布圖模擬圖也佐證了這一點(diǎn)。
圖2.5 顆粒分布模擬圖
綜上可知，1號(hào)和3號(hào)濾筒的主要原因是沖擊濾筒的顆粒速度大，顆粒數(shù)目多，因此提出以下改進(jìn)方向：1、降低濾筒表面風(fēng)速；2、降低沖擊到1號(hào)和3號(hào)濾筒的大粒徑顆粒速度或數(shù)量。
三、改進(jìn)方案及對(duì)比
根據(jù)第二節(jié)提出的改進(jìn)方向，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工需求，提出如下改進(jìn)措施：1、去掉圖3.1(a)中兩側(cè)的擾流板；2、將入口處擾流板改為矩形，并將下方支撐板開(kāi)孔，總體長(zhǎng)寬高尺寸保持不變，如圖3.1(b)所示。
(a)
(b)
圖3.1 改進(jìn)方案
1、改進(jìn)前后系統(tǒng)能耗對(duì)比
這里使用進(jìn)出口平均壓強(qiáng)差來(lái)定性判斷改進(jìn)前后系統(tǒng)能耗變化情況。改進(jìn)前進(jìn)出口壓降如圖3.2所示，進(jìn)口平均壓強(qiáng)為-1017.7199Pa，出口平均壓強(qiáng)為-1988.2845Pa，系統(tǒng)壓降為970.5646Pa
圖3.2 改進(jìn)前進(jìn)出口壓降
該進(jìn)后進(jìn)出口壓降如圖3.3所示，進(jìn)口平均壓強(qiáng)為-1320.2449Pa，出口平均壓強(qiáng)為-1989.2593Pa，系統(tǒng)壓降為669.0144Pa。系統(tǒng)能耗降低。
圖3.3 改進(jìn)后進(jìn)出口壓降
系統(tǒng)能耗下降原因分析：1、改進(jìn)后的擾流板下方開(kāi)孔，增大了氣流進(jìn)入腔室的面積，2、由V型改為平板型，降低了入口處的射流強(qiáng)度，另外去掉的兩塊擾流板消除了相應(yīng)區(qū)域的射流現(xiàn)象，射流的抑制降低了湍流強(qiáng)度，降低了氣流與壁面的摩擦作用，以及氣體之間的相互摩擦，從而降低了能量損失。
2、改進(jìn)后濾筒表面風(fēng)速對(duì)比
(a) 改進(jìn)前濾筒表面風(fēng)速云圖
(b) 改進(jìn)后濾筒表面風(fēng)速云圖
圖3.4 改進(jìn)前后濾筒表面風(fēng)速云圖
表3.1 改進(jìn)前后表面最大風(fēng)速對(duì)比
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濾筒編號(hào) |
最大表面風(fēng)速(m/s) |
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改進(jìn)前 |
改進(jìn)后 |
|
|
1 |
20.7534 |
12.5505 |
|
2 |
8.04969 |
8.45917 |
|
3 |
19.1968 |
11.3437 |
|
4 |
9.87762 |
7.01832 |
|
5 |
8.7334 |
7.26205 |
|
6 |
9.6921 |
7.84546 |
改進(jìn)后1號(hào)和3號(hào)濾筒表面最大風(fēng)度降低近40%，有效降低小粒徑顆粒對(duì)濾筒的沖擊。
3、改進(jìn)后大粒徑顆粒數(shù)據(jù)對(duì)比
圖3.5 改進(jìn)前后顆粒跡線圖
(a)改進(jìn)前顆粒分布模擬圖
(b)改進(jìn)后顆粒分布模擬圖
圖3.6 改進(jìn)前后顆粒分布模擬圖
從顆粒跡線圖和顆粒分布模擬圖可知，雖然沖擊到1號(hào)和3號(hào)濾筒表面仍然有速度較高的顆粒，但是相比于改進(jìn)前，沖擊到濾筒的顆粒數(shù)目變少，對(duì)濾筒的受損有很大的改善。
四、總結(jié)
1、系統(tǒng)能耗降低。改進(jìn)后的系統(tǒng)能耗有所降低。原因是改進(jìn)后抑制了倉(cāng)內(nèi)的射流現(xiàn)象，降低局部湍流強(qiáng)度，減少了氣體與壁面及氣體之間的摩擦，從而降低了能耗。
2、濾筒表面風(fēng)速降低?？拷M(jìn)風(fēng)口兩側(cè)的兩個(gè)濾筒（1號(hào)和3號(hào)濾筒）表面風(fēng)速降低近40%，有效降低小粒徑顆粒對(duì)濾筒表面的沖刷強(qiáng)度。
3、改善大粒徑對(duì)濾筒的沖刷。改進(jìn)后雖然仍有速度較高的大粒徑對(duì)濾筒的沖擊，但是相比于改進(jìn)前，沖擊濾筒的顆粒速度減少。另外，從顆粒分布圖中可知，新的擾流板有利于大粒徑的自然沉降，降低了濾筒的工作強(qiáng)度。
數(shù)值模擬也叫計(jì)算機(jī)模擬。它以電子計(jì)算機(jī)為手段，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，達(dá)到對(duì)工程問(wèn)題和物理問(wèn)題乃至自然界各類問(wèn)題研究的目的。
CFD是計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics）的簡(jiǎn)稱，是流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)相互融合的一門(mén)新興交叉學(xué)科
在自然界中以顆粒狀態(tài)存在的物質(zhì)極多。粒子流指的是顆粒物質(zhì)在外力作用和內(nèi)部應(yīng)力狀況變化時(shí)發(fā)生的類似于流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如雪崩、沙丘演化、除塵、散態(tài)物料輸送以及泥石流都屬于粒子流。
