凝聚器擾流柱布置方式確定

袁建國(guó)，郭 鏈，劉含笑，酈建國(guó)

(浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800)

凝聚器擾流柱布置方式確定

袁建國(guó)，郭 鏈，劉含笑，酈建國(guó)

(浙江菲達(dá)環(huán)保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800)

借助商業(yè)CFD軟件，采用LES模型，分別討論了兩圓柱并聯(lián)、串聯(lián)和傾斜布置三種工況時(shí)候凝聚器內(nèi)流場(chǎng)特性，結(jié)果表明三種布置方式中傾斜布置，速度耗散最慢；計(jì)算不同間距雙擾流柱工況的流場(chǎng)參數(shù)及顆粒凝聚效果，確定最佳布置方式。計(jì)算結(jié)果為凝聚器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論參考。

凝聚器；大渦模擬；圓柱擾流；數(shù)值計(jì)算

為了使常規(guī)電除塵器滿(mǎn)足PM2.5排放要求，多在除塵器前增設(shè)超細(xì)顆粒物凝聚裝置，在眾多超細(xì)顆粒物凝聚方法中，湍流聚并方法最簡(jiǎn)單、高效，適于大規(guī)模推廣，且將湍流方法和其它聚并方法聯(lián)合使用效果更佳。本公司積極學(xué)習(xí)國(guó)外技術(shù)，并自主研發(fā)一套微細(xì)顆粒捕集增效裝置(后文簡(jiǎn)稱(chēng)為凝聚器)，擾流柱是該裝置的核心部件之一，本文通過(guò)數(shù)值方法，討論該凝聚器擾流區(qū)內(nèi)擾流柱不同布置方式對(duì)流場(chǎng)的影響，旨在為凝聚器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參考。

1 流柱不同布置方式

1.1 物理模型及邊界條件

單擾流柱模型簡(jiǎn)圖如圖1所示，不同排列方式如圖2所示，考慮凝聚器內(nèi)擾流柱不同排列方式，取兩圓柱為研究對(duì)象，兩者排列關(guān)系可以大體歸納為以下三類(lèi)：工況A(串聯(lián))，工況B(并聯(lián))，工況C(傾斜布置)。

圖1 單擾流柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 擾流柱不同排列方式

入口邊界采用速度入口，入口速度為：12m/s；出口條件為：OUTFLOW；其余邊界面都采用壁面條件；時(shí)間步長(zhǎng)取0.001s；壓力-速度耦合方法采用SIMPLE 算法，壓力-連續(xù)方程差分方法采用PRESTO方法。

1.2 計(jì)算結(jié)果及分析

圖3為各工況速度等直面三維圖，由圖可以明顯的看出，漩渦在圓柱尾部形成，脫落，逐漸向下游擴(kuò)散，形成湍流渦街。單圓柱模擬結(jié)果，與前人文獻(xiàn)卡門(mén)渦街模擬結(jié)果相仿[9-12]，有效說(shuō)明了計(jì)算方法和網(wǎng)格的合理性；工況A我渦街效果較差，這是因?yàn)楹笠粓A柱對(duì)前一圓柱產(chǎn)生渦街的破壞作用最大；工況B產(chǎn)生渦街呈對(duì)稱(chēng)分布，渦街頻率相當(dāng)，且并排渦街間存在明顯的干涉作用；工況C渦街分布不對(duì)稱(chēng)，向下游圓柱方向偏移明顯。

(a)單圓柱;(b)工況A;(c)工況 B ;(d)工況C

圖4為各工況湍流強(qiáng)度的等值線(xiàn)圖，由圖表明各工況均有明顯的渦街分布，工況B分布區(qū)域最廣，但湍流輕度數(shù)值較工況A、C小，湍流輕度在圓柱尾部最強(qiáng)，沿x逐漸耗散，工況C與工況B湍流強(qiáng)度量值相當(dāng)，但工況C分布區(qū)域較工況A廣，再次說(shuō)明工況A為最不利布置方式。

(a)單圓柱；(b)工況A；(c)工況 B；(d)工況C

圖4 湍流強(qiáng)度等值線(xiàn)圖

2 不同間距并列雙圓柱擾

2.1 物理模型及邊界條件

本文模擬凝聚器內(nèi)擾流區(qū)的流場(chǎng)及顆粒凝聚效果，分別模擬不同間距雙圓柱擾流產(chǎn)渦情況，取空間尺寸為2000mm×3000mm×5000mm，擾流柱直徑取220mm，雙擾流柱模型簡(jiǎn)圖如圖5所示，網(wǎng)格劃分如圖7所示，都為質(zhì)量最高的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，分別取雙圓柱間距L為：300mm(工況A)、400mm(B)、500mm(C)、600mm(D)、700mm(E)五種工況為研究對(duì)象。

圖5 雙擾流柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

入口條件為速度入口，流速為12m/s，空氣粘度為14.8×10-6m2/s，空氣密度為1.1691kg/m3，顆粒相密度為2100kg/m3，顆粒物體積分?jǐn)?shù)為7.02×10-6；出口條件采用壓力出口；其余邊界面都采用壁面條件；初始顆粒尺度分布由Andersen測(cè)得為0.45μm到12.5μm之間分為8個(gè)區(qū)間。

2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

由圖6可知，圓柱位置在z=1m附近，不同工況的雙圓柱均具有很好的速度擾流效果，圓柱后速度波動(dòng)明顯，1m～1.5m區(qū)間波動(dòng)最為劇烈，沿著z軸方向速度曲線(xiàn)逐漸平緩，這是因?yàn)檠貁軸方向速度逐漸耗散。

由圖7可知，各工況均有明顯的壓力損失，其中L=0.4m時(shí)壓力損失值最大，且間距大于0.4m時(shí)，間距越大，壓力損失量值越小。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該在保證湍流凝聚效果的前提下盡量減小因圓柱擾流產(chǎn)生的壓力損失。

圖6 不同間距L時(shí)沿z軸方向速度曲線(xiàn)

圖7 不同間距L時(shí)壓力損失曲線(xiàn)

由圖8可知，各工況均有很好的渦街分布，圓柱后方湍流強(qiáng)度值最大，沿z軸方向逐漸耗散；雙圓柱產(chǎn)生的擾流在圓柱后方相互干涉，且間距越小，這種干涉作用越強(qiáng)烈，工況A已接近單圓柱擾流工況，而工況E雙圓柱分別產(chǎn)生的擾流渦街干涉作用已經(jīng)很小；工況D渦街分布區(qū)域最廣，但量值也最小，工況A湍流強(qiáng)度值最大。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該在保證湍流強(qiáng)度量值的情況下，盡量擴(kuò)大渦街的分布區(qū)域。

由圖9可知，粒徑8μm以下顆粒所占比例減少，粒徑2μm以下顆粒所占比例減少最為明顯；工況D凝聚效果最好，工況A最差。

圖8 不同間距L時(shí)湍流強(qiáng)度分布云圖

圖9 不同間距L時(shí)顆粒凝聚曲線(xiàn)

3 結(jié)語(yǔ)

本文分別討論了兩圓柱并聯(lián)、串聯(lián)和傾斜布置三種工況，通過(guò)分別比較速度等直面、湍流強(qiáng)度等值線(xiàn)圖，擾流柱串聯(lián)布置效果最差，并聯(lián)布置渦街呈對(duì)稱(chēng)分布，傾斜布置時(shí)渦街分布向下游圓柱方向傾斜；分別計(jì)算不同間距雙擾流柱工況的流場(chǎng)參數(shù)及顆粒凝聚效果，確定最佳布置方式。為凝聚器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。

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(本文文獻(xiàn)格式：袁建國(guó)，郭 鏈，劉含笑，等.凝聚器擾流柱布置方式確定[J].山東化工，2016，45(02)：93-95.)

實(shí)現(xiàn)精制棉制備纖維素的規(guī)模化粉碎生產(chǎn)并有效集塵力普精棉粉碎成套生產(chǎn)線(xiàn)的研究及產(chǎn)業(yè)化列入科技計(jì)劃

日前，2015年嵊州市科技計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目名單發(fā)布，國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，中國(guó)粉碎技術(shù)領(lǐng)航者--浙江力普粉碎設(shè)備有限公司研發(fā)的"精棉粉碎成套生產(chǎn)線(xiàn)的研究及產(chǎn)業(yè)化"項(xiàng)目榜上有名。這是該產(chǎn)品獲得國(guó)家專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)：ZL. 201320555760.X)之后的又一榮譽(yù)。

被譽(yù)為“特種工業(yè)味精”的精制棉是制造醚類(lèi)纖維素(如CMC、HEC、HPMC、MC等)、硝化纖維素(硝化棉)和醋酸纖維素的主要材料，廣泛用于食品、醫(yī)藥、日化、塑料、電子、造紙、冶金、航空航天等眾多領(lǐng)域。精制棉原料為天然植物纖維素纖維，符合人們?nèi)找娉缟械木G色、健康、環(huán)保的消費(fèi)觀念。隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，由精制棉深加工得到的纖維素衍生物產(chǎn)品在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用日益擴(kuò)大。為了進(jìn)一步提高精制棉質(zhì)量，特別是針對(duì)應(yīng)用于食品、醫(yī)藥行業(yè)纖維素所需要的食品級(jí)精制棉，其對(duì)加工設(shè)備及其工藝技術(shù)提出了新要求。

作為中國(guó)纖維素行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)員單位，浙江力普專(zhuān)注、持續(xù)在這一領(lǐng)域進(jìn)行了系列創(chuàng)新開(kāi)發(fā)并獲成功。項(xiàng)目創(chuàng)新亮點(diǎn)頗多，一是自主研發(fā)了一種精棉粉碎生產(chǎn)線(xiàn)，集打散、檢測(cè)、粉碎、集料、除塵于一體，實(shí)現(xiàn)了精制棉制備纖維素的規(guī)模化生產(chǎn)并有效的集塵；二是在粉碎和開(kāi)棉過(guò)程過(guò)程配套的輸送設(shè)備中均采用負(fù)壓輸送，并由脈沖袋式除塵器除塵，有效防止粉塵外泄，凈化工作環(huán)境；三是設(shè)置金屬檢測(cè)器，去除金屬雜質(zhì)，防止原料中因混有金屬雜質(zhì)而對(duì)粉碎機(jī)刀片造成損壞。

該生產(chǎn)線(xiàn)對(duì)塑料薄膜、膠片、纖維性物料和熱敏性物料均能進(jìn)行超細(xì)粉碎，特別適合于絨狀、絮狀棉纖維及纖維素醚類(lèi)產(chǎn)品(如精制棉、棉麻、光纖、泡沫、橡膠等)的超細(xì)粉碎，廣泛適用于化工、塑料、橡膠、造紙等行業(yè)。經(jīng)山東、浙江、江蘇、上海、河南等地企業(yè)使用證實(shí)，比同類(lèi)產(chǎn)品產(chǎn)量可提高40%，耗能降低20%左右。產(chǎn)量達(dá)200～350kg/h，粉碎刀片采用高強(qiáng)度、抗沖擊、耐磨性好的進(jìn)口特種耐磨材料，并可重磨使用，使用維護(hù)成本低、穩(wěn)定性好。

浙江力普咨詢(xún)熱線(xiàn)：13806745288、13606577969 傳真：0575-83152666；

力普網(wǎng)站：www.zjleap.com； E-mail:zjleap@163.Com

(丁文)

The Arrangement Study of Cylindrical Vortex in Coalescer

Yuan Jianguo, Guo Lian, Liu Hanxiao, Li Jianguo

(Zhejang Feida Environmental Protection Technology Co., Ltd., Zhuji 311800, China)

This paper used the CFD software, LES model, discussed different column arrangement: two cylindrical connected in parallel, series and tilt layout, the results show that: the speed dissipation of tilting arrangement is the slowest; the velocity distribution, turbulence intensity, pressure loss and particles coagulation efficiency of different spacing L double vortex column was calculated in this paper, Determine the best arrangement. The result provide theoretical foundation for the coalesce optimization design.

coalesce device; LES; flow around cylinders; numerical calculation

2015-12-16

袁建國(guó)(1963—)，浙江諸暨人，工程師，從事電除塵技術(shù)及電除塵設(shè)計(jì)研究。

X773

A

1008-021X(2016)02-0093-03