評估旋風分離器效率新方法的改進.doc

外文翻譯 專 業(yè) 過程裝備與控制工程 學 生 姓 名 周智洋 班 級 B 裝備 032 學 號 0310140153 指 導 教 師 咸斌 1 評估旋風分離器效率新方法的 改進 翻譯：周智洋 摘 要 :基于流型的調(diào) 查 ,微粒臨界體積分離理論和邊界層分離理論 ，有一種評估旋風分離器效率的新理論方法 被揭露出來 。 放射狀的粒子濃度梯度 是經(jīng)過數(shù)學模型考慮的。它 不同與通常統(tǒng)一假定的 旋風分離器 內(nèi)部的粒子濃度梯度。 局部的粒子集中和 旋風分離器 分 級效率能在 飛行時間 模型 的基礎(chǔ)上根據(jù) 進料的粒度分布被計算出來 。 通過比較用實驗數(shù)據(jù)計算出的分級效率和 相關(guān)文獻中的理論參照物被證實 這個方法是有效的 。 關(guān)鍵詞 ： 旋風分離器 、收集效率、數(shù)學模型 1 引 言 旋風分離器廣泛地被用于空氣污染控制領(lǐng)域和氣溶膠取樣以及工業(yè)用途的氣固分離 。 由于制造簡單 ,運行成 本低和對極端苛刻 情況的良好適應性 , 分離器已經(jīng)變成最重要粒子輸送裝置。它更適用于工程學和過程運行方面。 為了要描述旋風分離器 的性能 ,旋風分離器粒子收集理論被許多 研究 者用不同的 簡單的 假定方法揭示出來。 代表性的研究主要地包括 :1 是削減理論的最廣泛例子。 從進風口射入的微粒在旋風分離器期間以 50%的效率被收集 。 2收集理論是界限粒徑理論的另 一 表現(xiàn)。 任何尺寸的微粒的收集效率取 決于它的沉降速度達到靜態(tài)微粒沉降的極限速度的比率。 3 修正 論而且為 基于 數(shù) ，用幾何圖形來描述旋風分離器的分級效率。這個幾何圖形是 這個方程式有一個經(jīng)驗參數(shù)，它允許調(diào)整旋風分離器的分離精度。 5揭示了設(shè)計旋風分離器另一種通俗的方法。這 個方法認為湍流讓旋風分 離器中任意 高度的粒子 濃度充分混合。理論允許 為任何大小和任意設(shè)計的旋風分離器的粒子的收集效率進行 直接計算 。但是不幸地，有實驗的證據(jù)支持事實上的確有一個濃度梯度在旋風分離器的徑向。 et 6修正了氣體平均停留時間 的評估 ， 而且在 2 和 接近 于由許多研究人員研究得 出的典型的 將旋風分離器分為 三個區(qū)域：入口區(qū)域 , 向下流 (或環(huán)形 ) 區(qū)域、和向上流 (或核心 )區(qū)域。 但是， 每個區(qū)域 的未收集的粒子 制造了一個統(tǒng)一的徑向 濃度分布 。 這一項假定也 被證明是正確的。 已經(jīng)延伸了 旋風分離器中存在第四個區(qū)域，它接近旋風分離器底部的灰塵出口。在那個區(qū)域，灰塵的再飛散效應大體上能被包括在內(nèi)。更重要的 ，似乎無論是向上還是向下流動區(qū)域都要考慮有限的湍流擴散能力。 這方法避免 出現(xiàn)在 旋風分離器的中斷。不同的理論包括：李和王 9雖然認同了有限的湍流擴散能力在制造徑向濃度剃度中的角色， 但還是放棄了旋風分離器中不同流域的假說。 10提出一個高分離效率的理論。 它是 基于邊界特性 提出的。 這個理論將旋風分離器分成兩個區(qū)域，湍流區(qū)域和靠近墻壁區(qū)域。粒子在湍流區(qū)域的軌跡 是由流體運動計算出的，粒子在桶壁附近的收集概率是由 沉積速度計算的，而 沉積速度又是由湍流擴散和離心力決定的。另一種典型 理論由 et 11,12發(fā)展出來。 考慮了粒子負荷、桶壁粗糙度、二次流、壓力損失以及收集效率主體上粒度變化的影 響。這一個理論可能是目前最實際的模擬旋風分離器的方法。 在現(xiàn)有的論文中， 有 一種用來預測旋風分離效率的更精確的方法。它是基于流線譜的研究、臨界分離粒度理論、邊界層分離理論發(fā)展起來的。它考慮了各種徑向粒子濃度剃度 ，從而替代了用來考察旋風分離器中未收集粒子的統(tǒng)一的濃度分布曲線。這個用于計算收集效率的模型要與經(jīng)驗數(shù)據(jù)相比較。 2 理論 傳統(tǒng)的旋風分離器的幾何結(jié)構(gòu)如圖 1所示。為了發(fā)展新的用于決定收塵效率的計算方法，現(xiàn)作如下假定：粒子在形狀上是圓球型的，粒子的運動不受 臨近粒子的干擾，粒子的切向分速度與氣流速度相同 ，而且忽略徑向氣體速度 。 3 圖 L 8得出 直桶式旋風分離器 有效的分離區(qū)域 r 以下是 他們考慮的桶壁的粗糙度 : 4 雖然 但是結(jié)果與基于 亞歷山大相關(guān)指數(shù)定律 典型的速度分布圖一致 14。 這個表達式的優(yōu)勢是它提出一個對中心邊緣的速度的定量評價， 有時 近似 等于進口速度。 2 1 2 質(zhì)點運動 在最初的猜想下， 作用在 質(zhì)點 上的力平衡在徑向 上給出 ：方程式 (9)不容易求解 。 有一種用 忽略二階導數(shù) 得出近似的 方法 解決 。它是假定質(zhì)點在徑向運動是固定不變得出的。方程式（ 9）可以化為： 通過粒子 軌跡方程式： 聯(lián)立方程式（ 11）和（ 12） ： 由方程式（ 10），（ 11）和（ 13）得： 通過氣體和粒子 的等速猜想，方程式（ 1）和（ 14）可化為 ： 對方程式（ 15）式積分并考慮邊界條件 0= 0, r 0= (16) 5 2 2濃度分布 為描述粒子的濃度分布，必須定義指定點的臨界微粒尺寸。微粒尺寸分布假設(shè)服從正態(tài)分布： 通過質(zhì)點軌跡方程，任何位置的臨界微粒尺寸應該可以用 (18） 假設(shè)粒子直徑大于 于 則在該點的 粒子 濃度 為： 我們稱之為臨界分 離理論。 2 3分離效率 圖 剖面示意 簡圖 圖 2給出了氣體微粒在水平截面上的分離過程示意圖。每單位體積內(nèi)粒子數(shù)量 C是 設(shè)在 旋風桶壁距離為 次過程中粒子要在切向方向運動 垂直方向 運動 被收集在控制體積內(nèi)的微粒數(shù)量為： 6 在控制體積內(nèi)總的微粒數(shù)量為： 根據(jù)邊界層分離理論，微粒在控制體積內(nèi)的位移段可從方程（ 20）與（ 21）聯(lián)立得出： 粒徑 階梯效率函數(shù)圖 在靠近桶壁處的軌跡方程式為： 對上述各式合并 結(jié)合得出： 7 效率等級為： 這里 9給出的： 3結(jié)果和討論 為驗證數(shù)學模型的有用性，實驗性研究采用一個直徑 驗粉末采用 符合正態(tài)分布的滑石粉，其密度為 2700kg/m，幾何標準偏差 旋風分離器 入口速度為 20 s，含塵量 圖 3比較了現(xiàn)有理論的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和以前的經(jīng)典理論。比較表明， 新方法和 L及 率等級計算出 數(shù)據(jù)相一致。 另一方面，它 比 起 et 4總結(jié) 本文提出了一種理論方法評估旋風分離器的收集效率。雖然新模型沒有給出對口含塵量 、粒子二次飛灰、旋風分離器幾何尺寸包括渦管和旋風桶的影響，但是它可以作為一種計算旋風效率的新方法的著眼點。 與此同時，此課題的長遠工作要求提高模型在實踐中的適用性。 8 附錄 a 進口高度 b 進口寬度 B 出口粒徑 C 粒子濃度 進口粒子濃度 坎寧安修正系數(shù) 平均粒徑 d 顆粒直徑 D 分離器直徑 排氣管直徑 h 分離器圓桶直徑 H 分離器高度 L 分離器固定長度 N 顆粒數(shù) N 進口顆粒數(shù) P 氣固動量轉(zhuǎn)換參數(shù) Q 氣體體積率 顆粒徑向位置 R 徑向尺寸 D/2 S 排氣管長度 t 時間 v 氣體速度 z 9 希臘字母 圓錐錐度 收集效率 g 氣體動態(tài)粘度 極坐標角度 0 顆粒原始角度 T 總旋轉(zhuǎn)角度 p 顆粒單位質(zhì)量密度 壁面摩擦系數(shù) 下標 ： d 旋風桶直徑 g 氣體 旋風分離器進口 i 微原 p 顆粒 切向坐標角度 r 徑向坐標位置 w 桶壁附近 參考文獻 1 58 (5) (1951) 144 151. 2 W. of on of 8 (1956) 1 9. 3 J. D. of 4 D. 10 12 (3) (1990) 598 606. 5 D. W. of a 68 (126) (1972) 196 206. 6 R. M. A of . 37 (2) (1991) 285 289. 7 of . 27 (6) (1981) 888 892. 8 H. F. Lof in 28 (2) (1988) 231 240. 9