| 滤筒除尘器不同进出口夹角对气流分布的影响，一次性说清楚！ |
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滤筒除尘器是一种治理工业粉尘的高效稳定的除尘设备，由于其除尘效率更高、占地面积小、检修方便，钢耗量少的优点，逐渐成为多数企业首选除尘设备。
据相关资料介绍，影响除尘器除尘效率关键因素是过滤风速和除尘室内的内部流场分布，过滤风速可以根据颗粒物性、粉尘浓度等因素来调节。
国内对滤筒除尘器内部流场特征的研究相对较少，传统的物理实验受现有测量技术的限制，无法获得除尘器内部详细的流场分布，从而无法合理的预估实际生产中存在的问题，而且物理实验造成的能源浪费也较为严重，除尘器内部流场的分析属于非线性流动问题，理论分析过于复杂，存在较多的人为因素。
近年来，计算机技术的高速发展增加了计算机数值模拟的可行性，可容易的实现复杂流动的模拟求解。
本文将对滤筒除尘器的不同进出口夹角对气流流场的影响进行模拟研究，寻求不同进出口夹角对气流分布均匀性的影响规律。
1、除尘器概述
滤筒除尘器是在布袋除尘器的基础上，将滤袋升级为滤筒，以期实现提高过滤效率及增加过滤风量的新一代除尘产品；与布袋除尘器相比，不仅在过滤风量和过滤效率方面得到了巨大的提高，同时滤筒除尘器具有低压运行、低阻损等显著优点。
因此滤筒除尘器可以做到结构紧凑，大大减少占地面积，降低初期投资及运行维护成本。
1.1 滤筒除尘器工作原理
滤筒除尘器的过滤方式为表层过滤，含尘气体由进风口进入除尘器后，由于空间的扩大及导流板的气流分布作用，气流流速变缓，含尘气流中颗粒粗大的粉尘在重力和惯性力作用下落入灰斗；而微细粉尘随气流进入除尘室，由于布朗效应以及滤筒的筛分作用，最终使粉尘沉积在滤料表面上，当滤筒两侧压差达到设定值后脉冲清灰装置动作进行清灰，使粉尘落入灰斗；净化后的气体进入净气室由排气管汇集到出气口经风机排出，落入灰斗的粉尘经卸灰阀排出除尘器。
1.2 进出口位置对气流的影响
据相关资料介绍，影响除尘器除尘效率关键因素是粉尘性质、滤筒材质、过滤风速和除尘室的气流上升速度等因素有关。其次，还与清灰方法及清灰能力有关。
对于粉尘性质、滤筒特性、和风速的研究较多，而对气流的上升的研究较少。含沉气流的上升速度及流场主要受进风口位置和出风口位置影响最大。
根据有关资料对侧下进风、下进风、侧中进风、侧上进风等不同进风方式的分析，得出侧中进风方式是最优进风方式。气流在灰斗和尘气室内没有形成涡流，流场较为均匀。
因此，在下文的模拟中采用侧中进风的进气方式。本文为探索不同出口方式对滤筒除尘器气流分布均匀性的影响，采用进出口夹角为0°、90°和180°3种出口形式进行模拟分析。
1.3 渗透率
渗透率K是描述多孔介质性质的一个关键参数，表征在外加压力梯度的作用下一种流体通过多孔介质的容易程度。
本例中含尘气流在除尘器内部的流动可看作恒定不可压缩流动，滤筒可看作有限厚度的薄膜，通过它的压力变化定义为达西定律和附加内部损失项的结合：
1.4 滤筒流量分配系数
滤筒的流量分配系数是指每个滤筒实际处理气体流量与平均处理气体流量的比值，该参数可有效反应单个滤筒的实际过滤情况，记作Kqi，其公式表示为：
该系数越小，说明流量分布越均匀，对滤筒除尘器整体设计越好。
2、建模
滤筒除尘器内部结构较为复杂，若不对其进行简化处理，那么除尘器流场的分析将会非常复杂，以至于计算机无法完成计算，因此，需要对除尘器的内部结构做适当简化，假设如下：
（1）滤筒除尘器主要处理粉尘对象为炭黑等轻质干燥粉尘，因此，可将轻质粉尘和气体的混合物看作是一种均匀介质，在进行数值模拟时，将该气固两相流近似简化成具有平均流体特性的单相流处理。
（2）滤筒除尘器在实际运行过程中，滤筒表面的粉尘量是不断变化的，而在此不进行动态分析，仅做些静态模拟，即在粉尘层厚度一定的情况下做压强、速度及流量分配等的分析。
（3）滤筒结构较为复杂，褶数较多，对于数值分析的建模及计算不利，因此，将滤筒除尘器简化为圆柱状，其他相关设置参数做进一步相似更改。
根据模型简化的规则，去除脉冲喷吹部分、连接部分以及清灰部分等，在SOLIDWORKS中创建的三维模型。
根据某公司的除尘器模型，除尘器的进口尺寸为500mm×500mm，出口尺寸为200mm×1000mm，3种建模出口方位与进口方位的夹角分别0°、90°为和180°。
将SOLIDWORKS中创建的三维模型导入Gambit进行有限元网格划分，在Gambit中采用非结构化网格划分技术进行网格划分。
网格划分完成后导入SOLIDWORKS软件中，依次点击Mech→Polydedra→Convert Domain，经过短暂的时间转化后，将四面体非结构化网格转化为多面体网格，提高计算效率。
除尘器规格为滤筒个数6排8列，共48个，滤筒规格为150mm×1500mm，过滤总风量为6900m3/h，即滤筒过滤风速约为0.8mm/min，本模拟中滤筒采用的是非覆膜式，采用的滤筒渗透率α为1×10-5m2。
为更好的分析滤筒间气流分布情况，方便下文叙述，现对滤筒进行编号，靠近进气口的为第一列，示意图见图2。
3、模拟结果分析
综合3种出口位置模型模拟数据，绘制3种出口位置下的综合流量分配系数如下图3所示。综合流量分配系数反映了3种出口位置的除尘器的流量分配情况。从图3可以看出，进出口夹角为90°和夹角为180°的除尘器模型的流量分配均匀性均较好，而进出口夹角为0°的除尘器模型气流分配均匀性较差。
将3种出口形式的滤筒总过滤风量进行统计，进出口夹角为0°的除尘器的过滤风量的质量流量为2.349 kg/s1进出口夹角为90°的除尘器为2.350 kg/s1进出口夹角为180°的除尘器为2.346 kg/s，3种出口形式的滤筒总过滤风量差值最大为0.004 kg/s，小于总过滤风量的1%，因此，可以将3种出口形式下的气流分布进行对比。
对3种出口形式的滤筒除尘器不同排和不同列滤筒过滤风量进行统计(1~8号滤筒为第1排，9~18号滤筒为第2排，以此类推，直到41~48号滤筒为第六排。1、9、17、25、33和41号滤筒为第1列，2、10、18、26、34和42号滤筒为第2列，以此类推，直到8、16、24、32、40和48号滤筒为第8列，绘制表格见表1和表2。
不同排和不同列滤筒过滤风量图显示了整个除尘器的过滤情况，从以上分析数据可以看出，不论何种出口位置，整个除尘器中心部分的滤筒过滤风量均有所降低，即靠近除尘器侧壁的除尘器的过滤风量较高。
再来观察不同排滤筒过滤风量统计图，重点分析第6排滤筒的过滤风量，从图中可以明显看出，进出口夹角为90°的滤筒除尘器的第6排滤筒过滤风量最高。
再来观察不同列滤筒过滤风量统计图，重点分析第1列和第8列滤筒的过滤风量，进出口夹角为0°的除尘器的第1列滤筒过滤风量最高，进出口夹角为180°的除尘器的第8列滤筒过滤风量明显高于进出口夹角为0°的除尘器，略高于进出口夹角为90°的除尘器。
综合模拟结果可以得出结论，进出口夹角为180°时气流分布最均匀。
流场在相同的总过滤风量下，出口位置会导致与之邻近的滤筒的过滤风量的提高，进出口夹角为180°时气流分布最均匀。
4、结论
为探索不同进出口夹角对滤筒除尘器气流分布均匀性的影响，采用进出口夹角为0°、90°和180°3种出口形式进行模拟分析，分别从不同排和不同列的滤筒过滤风量和综合流量分配系数的角度对比得出：出口位置会致与之邻近的滤筒的过滤风量的提高。
综合考虑滤筒流量分配系数和各滤筒过滤风量，在设计滤筒除尘器时，应尽量选用进出口夹角为180°即进风口位置相对的气流分布方式。
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