外文原文旋風分離器對稱蝸管進口的實驗室研發(fā).doc

旋風分離器 對稱蝸管進口 的 實驗室研 發(fā) Bingtao Zhao, Henggen Shen, Yanming Kang 翻譯：于亮亮 摘要 ： 設計三種具有不同幾何形狀進口的旋風分離器 ,一種是傳統(tǒng)的單一切向進口 (CTSI),一種是對稱的直蝸管進口 (DSSI),還有一種是對稱的收斂蝸管進口 (CSSI)。進口類型對旋風分離器工作特性的效果 ,包括收集效率和壓降 ,本文研究并比較其與粒子大小和流速的關系 。 實驗結果表明對稱的蝸管進口 (SSI),尤其是 CSSI 形狀進口 ,隨著新增的可忽略壓降的條件下越來越多的對收集效率有重要的影 響 。 另外 ,收集效率和壓降的研究結果也包括試驗數據和理論模型之間的比較 。 關鍵字 :旋風分離器 ;對稱的蝸管進口 ;收集效率 ;壓降 。 介紹： 旋風分離器廣泛應用于空氣污染控制領域 ， 為含懸浮微粒氣體進行氣 固分離等工業(yè)應用 1。由于其制造簡單 ,操作成本低 ,和對極端的苛刻條件的適應性好 ,因此無論是應用在工程上還是 操作過程 上 旋風分離器成為最主要的除塵裝置之一。然而 ,越來越多的提倡環(huán)境保護 ， 氣 固分離都強調應該分離出最大量的微塵粒子。為達到這個要求 ,旋風分離器幾何學和性能的改善要比替換可更換件來得重要。許多專家認為 擴大旋風室是提高旋風分離器性能的主要因素 ,通過引進新設計的進口與操作變量 。 這包括對一臺分離試樣的旋風分離器的裝有多個進口葉片的分餾器的測試并結合其他的研究 2 ,德奧特建立一個數學模型來預算小型圓柱多諧振蕩器旋風分離器的收集效率 3 ,穆爾和麥克法倫以萊普勒的典型幾何學為基準測試一個有多個進口的旋風分離器 4 ,高塔姆和斯蒂納斯設計和測試一個可換氣的多進口旋風分離器取樣器的最小方向偏差 5 ,通過分離后的清潔空氣來比較一個雙進口旋風分離器的性能6 。 在本文中 ,介紹了一些形狀研究員設計的不同形狀進口的新式進 口 ,和它們對旋風分離器的性能效果的實驗性研究 。 試驗性的研究 三種具有不同幾何形狀進口的旋風分離器 ,包括傳統(tǒng)的單一切向進口 (CTSI),對稱的直蝸管進口 (DSSI),和對稱的收斂蝸管進口 (CSSI),已經研 制 出了。它們的幾何形狀和尺寸見 Fig1和 Table為了測試不同的進口類型所帶來的效果 ,其它的尺寸設計完全 相同 ,僅進口的幾何形狀不同。 1 Fig.1 旋風分離器形狀示意圖： (a) Model A 傳統(tǒng)的單一切向進口 (b) Model B 對稱的收斂蝸管進口 (c) Model C 對稱的收斂蝸管進口 。 . Table 1：旋風分離器尺寸統(tǒng)計：（單位 mm） Fig.2：試驗結構系統(tǒng)示意圖 圖所示為實驗系統(tǒng)機構 。 壓降是由接在旋風分離器進口和出口管的兩壓力計測量的 。 通過一數字微壓計 (SINAP ,壓差 1000-IIIC )讀得。收集效率是通過微顆粒大小分析器 (SPSI,LKY -2)所得粒度分布計算的。由于 Model B,C具有一樣對稱的進口 ,所以組合式旋風分離器各進口的流速是相等的。并且流速可由閥來控制 ;運行條件也相同 ,將 濃度為 5.0g/m3的粒子 用雙噴管螺旋給料機喂到進口管中。固 體顆粒為滑石粉核心密度的 2700kg/m3,按原標準尺寸分配 ,平均直徑的 5.97Am,幾何偏差為 2.08。 在這次測試過程中平均大氣壓 ,環(huán)境溫度 ,和相對濕度分別是 99.93kPa,293K,75%。 結果和討論 3.1 收集效率 圖 3顯示所測量的旋風分離器總效率與流速或者進口速度的關系 。 正如預料的那樣收集效率隨進口速度的增加而增加 。 然而 ,Model B Model C兩旋風分離器有著對稱的蝸管進口 ,在同一進口速度下 ,兩者的總效率永遠要高于傳統(tǒng)的單一切向進口旋風分離器 (Model A)， 特別是有 CSSI的旋 風分離器 (Model C)的總效率最高 。 在測試給定的相同速度條件下 ,通過改善進口幾何形狀所帶來的旋風分離器總效率的增加率分別為 0.15 1.15%和 0.40 2.40%。 圖 4(a) (d) 比較不同進口類型的旋風分離器的分級收集效率。在進口速度分別為 11.99,16.04,20.18,和 23.85m/s時的流速分別為 388.34,519.80,653.67,和 772.62 m3/h?？梢?,旋風分離器的摩擦效率隨粒子大小的增加而增加 。 所有旋風分離器的分級收集效率曲線都呈 S形 。 DSSI(Model b)和 CSSI(Model c)旋風分離器的摩擦效率分別比 CTSI旋風分離器 (Model a)大 2 10%,5 20%。 這表明進口的幾何形狀對旋風分離 2 器的收集效率有著重要的影響 。 進入有對稱的蝸管進口的旋風分離器 (Model B和 C)的粒子容易聚集在旋風分離器壁上 ,因為粒子只能移動很短的位移 ,尤其 CSSI(Model C)改變了粒子分布濃度并使粒子在進入旋風分離器的筒體前就從氣體中分離了出來 .圖 5根據傳統(tǒng)的理論 7 11比較了流速為 653.67m3/h(進口速度為 20.18m/s)時的試驗數據 。 很明顯 ,以 Mothes /Loffler模型 Iozia/ Leith 理論得出的效率曲線比其它的學說所得的曲線更符合試驗結果 。 這些結果與研究進行經過 Dirgo、 Leith 和 Xiang 等人的研究結果相吻合 。 Fig.3 不同進口速度下旋風分離器的總效率 比較表明有些模型可以推斷一個還沒有公開的理論結果。但是現有的試驗數據理論還不足以推斷出流態(tài)和粒子濃度分布的變化 是 對稱的蝸管進口對旋風分離器性能產生的效果。為了更清楚地驗證對稱的蝸管進口對旋風分離器性能的作用效果 ,再看圖 6,表示隨著流速或進口速度的變化引起的各個模型的 50%切截尺寸。在相同進口速度下 model c和 model b的 50%切截尺寸比 model a要低 。 與進口速度的減少一樣 ,50%切截尺寸也是近似呈線性減少的 。 例如，當進口速度為 20.18m/s時 ,50%切截尺寸的減少率由 model b的 9.88%和 model c的 24.62%決定。這表明新型進口可以促進旋風分離器的收集效率 。 3.2.壓降 旋風分離器得壓差數值通常表示為一定數量的氣體入口速度壓頭高度差，用壓差數值系數表示，壓差數值系數是進口動壓壓差數值的分度。表 2列出了在不同的入口速度時這三個旋風分離器的壓差數值 系數值。 顯然 ,旋風分離器的壓降高低與流速高低有關。然而 ,一定流速或者入口速度下 ,A、 B和 C模式的壓力降系數有所不同，在 5.21和 5.76之間變化，其平均值為 5.63。例如模式 B在 5.22 5.76之間變化，平均值為 5.67；模式 C在 5.16 5.70之間變化平均值為 5.55；模式 A根據回歸分析計算。這是一個重點，因為由此有可能在沒有有效的壓差值增加的情況下提高氣旋收集效率。 表 3列出了壓降的試驗數據與電流理論的比較結果。結果顯示 Alexander和 Barth模式與試驗數據最符合 ,盡管 Shepherd ， Lapple 和 Dirgo 氣旋模式推算 也很 出色。 3 Fig.4 不同進口速度時的選粉效率等級： (a)進口速度為 11.99 m/s (b)進口速度為16.04 m/s (c) 進口速度為 20.18 m/s (d) 進口速度為 23.85 m/s. Fig.5 試驗所得效率等級與理論的比較 Fig.6 旋風分離器 的 50%切截尺寸 Table 2 ：旋風分離器的壓力損失系數： 4 Table 3 ：與理論壓力損失系數比較： 4、結論 人們發(fā)明了一種具有對稱的蝸管進口 (SSI)， DSSI和 CSSI的新型旋風分離器 ,并且測試和比較了這種進口類型的旋風分離器的性能。實驗結果顯示這種 DSSI旋風分離器和 CSSI旋風分離器的總效率分別比 CTSI旋風分離器高出 0.15 1.15%和 0.40 2.40%。此外 ,DSSI旋風分離器、 CSSI旋風分離器和 CTSI旋風分離器的壓力損失系數分別是5.63、 5.67和 5.55。盡管這些并聯進口增加了旋風分離器的復雜程度并加大了其成本 ,然而具有 SSI尤其是 CSSI的旋風分離器具有更好的收集效率 ,而且顯著的減少了壓力損失。這篇文章介紹了借助于改進進氣道幾何形狀設 計而改善旋風分離器性能的可能性。 參考資料： 1 Y.F. Zhu, K.W. Lee, Experimental study on small cyclones operating at high flow rates, Aerosol Sci. Technol. 30 (10) (1999) 1303 1315. 2 J.B. Wedding, M.A.Weigand, T.A. Carney, A 10 Am cut point inlet for the dichotomous sampl Environ.Sci.Technol. 16 (1982) 602 606. 3 R.E. DeOtte, A model for the prediction of the collection efficiency characteristics of a small, cylindrical aerosol sampling cyclone, Aerosol Sci. Technol. 12 (1990) 1055 1066. 4 M.E. Moore, A.R. Mcfarland, Design methodology for multiple inlet cyclones, Environ. Sci. Technol. 30 (1996) 271 276. 5 M. 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