兩相均流板氣固兩相流數(shù)值模擬分析

兩相均流板氣固兩相流數(shù)值模擬分析

由于空間配置的限制，該曲線廣泛應(yīng)用于發(fā)電壓力裝置的氣象光刻污染脫離系統(tǒng)中。受許多因素的影響，如曲線的彎曲程度、液體流動(dòng)的馬赫數(shù)、水流方向等。設(shè)備入口處的霍氏流量變化是一個(gè)非常復(fù)雜的流量特征，出現(xiàn)了偏差和其他問(wèn)題。目前，傳統(tǒng)的流量分配器通常用于流量損失處理，如擋板和三角翼膜片。彎道中安裝導(dǎo)流板可達(dá)到均勻氣體速度的目的,但顆粒在導(dǎo)流板近壁區(qū)域富集,導(dǎo)致多個(gè)板間通道內(nèi)的氣固兩相分布不均,影響后續(xù)工作。如SCR催化劑層入口氣固兩相不均造成催化劑局部磨損嚴(yán)重,對(duì)氣體污染物擴(kuò)散阻擋不均而脫除反應(yīng)不均,干/濕式靜電除塵器入口氣固兩相不均致使除塵器內(nèi)部顆粒荷電不均、團(tuán)聚與分離效果不佳為了解決上述問(wèn)題，本研究提出了一種結(jié)構(gòu)為風(fēng)面水流的兩個(gè)相流補(bǔ)償板，該板克服了傳統(tǒng)兩相流補(bǔ)償裝置的缺點(diǎn)，能有效消除煤、氣兩相流的污染，能有效解決傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)中氣、固兩相流補(bǔ)償不均的問(wèn)題。1幾何模型及網(wǎng)格劃分圖1顯示了本研究中提出的兩相流補(bǔ)償板的具體結(jié)構(gòu)。整個(gè)流量補(bǔ)償板由前序列板和后渦流發(fā)生器組成。將兩相均流板置于90°方形彎管中,具體的幾何模型如圖2(a)所示(以板件夾角θ為30°的直板型兩相均流板為例)。為了便于研究,將彎管分成入口垂直段、彎曲段和出口水平段3部分,以1臺(tái)300MW的機(jī)組的三電廠電除塵器入口處直角彎管為研究對(duì)象,彎管的方形橫截面尺寸為4800mm×3600mm,水力直徑D為1441mm,彎管段的曲率直徑比為R格林威治軟件進(jìn)行了網(wǎng)格的劃分。入口垂直部分和出口水平部分采用正六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，曲線段采用大小功能對(duì)兩相流板附近的網(wǎng)格進(jìn)行加密，并通過(guò)調(diào)整網(wǎng)格的數(shù)量來(lái)驗(yàn)證模擬結(jié)果。圖3顯示了不同網(wǎng)格數(shù)（x軸方向）下沿x軸方向的速度分布變化曲線。從圖中可以看出,當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量大于150萬(wàn)個(gè)時(shí),曲線的變化趨勢(shì)一致,隨網(wǎng)格數(shù)量的增加誤差不超過(guò)2%,綜合考慮求解精度和計(jì)算耗時(shí)等因素確定網(wǎng)格獨(dú)立解,最終網(wǎng)格生成圖如圖3(b)所示。管道氣阻兩相流假設(shè)為穩(wěn)定型不可壓縮流。采用Euler-Lagrange方法對(duì)氣固兩相流進(jìn)行模擬,即連續(xù)相氣相采用Euler方法模擬,固體顆粒相采用Lagrange軌道跟蹤法模擬。由于顆粒在氣流中的容積含率小于10%,因此采用氣固雙向耦合方法來(lái)模擬,即模型考慮氣固之間的相互作用,而忽略顆粒間的相互碰撞作用,湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε方法。模擬選擇的液體為常溫狀空氣，密度為1.22kgm。2兩相均流板與常規(guī)均流裝置的均流效果對(duì)比分析在曲線上模擬了四種不安裝擋板的情況，如傳統(tǒng)波導(dǎo)板、三角翼膜片安裝和兩相流補(bǔ)償板（考慮到四個(gè)情況之間的相似性，傳統(tǒng)波導(dǎo)板和兩相流補(bǔ)償板前端的波導(dǎo)板尺寸相同，三角翼膜片和兩相流補(bǔ)償板后的空氣保護(hù)面覆蓋部分相同）。分析了模擬結(jié)果。2.1氣流速度分布特征對(duì)比分析如圖4中彎管對(duì)稱(chēng)截面（z.0）內(nèi)流場(chǎng)速度分布云圖所示。氣流無(wú)定向通過(guò)彎管后以射流形式進(jìn)入水平出口管，上風(fēng)速度大，下風(fēng)速度小。在輸出管水平段的長(zhǎng)段中，風(fēng)速仍然代表大上部和小下部的分布特征，輸出端的速度分布代表極化。氣流通過(guò)內(nèi)置波導(dǎo)板的圓弧?；《蝺?nèi)各管內(nèi)的空氣速度內(nèi)大外小。當(dāng)進(jìn)入管道水平段的出口段時(shí)，風(fēng)速分布相對(duì)均勻。在三角形機(jī)翼開(kāi)口的彎管中，三角翼開(kāi)口的速度在90直角下呈非常不均勻的速度面。在此范圍內(nèi)，氣流的速度梯度較大，在較長(zhǎng)距離（l-d）內(nèi)，氣流的速度梯度從中心向兩側(cè)增加，速度梯度沿氣流方向逐漸減小，出口處的橫向速度分布趨于均勻。在帶有兩相流補(bǔ)償板的彎管中，板后的速度分布類(lèi)似于三角形機(jī)翼的平面速度分布。在彎管后的范圍內(nèi)配置幾個(gè)渦流發(fā)生器。氣流通過(guò)風(fēng)側(cè)氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，并逐漸減少管道中的流動(dòng)面積。隨后,在經(jīng)過(guò)背風(fēng)面鈍體結(jié)構(gòu)后,管內(nèi)流通面積恢復(fù),在此過(guò)程中管內(nèi)流通面積經(jīng)歷了“由大變小又變大”的過(guò)程。在流通面積由大變小階段,氣流速度逐漸增大,呈噴射狀沖入水平直管段,同時(shí)由于背風(fēng)面鈍體結(jié)構(gòu)的阻擋作用,其后方出現(xiàn)小區(qū)域的低速區(qū),但隨著氣流逐漸發(fā)展,在水平管段氣流速度分布變得十分均勻。其中,在板后較短距離(l=D)內(nèi)出現(xiàn)速度分布不均勻區(qū)域,在隨后的l為D~4D階段,氣流速度由中心向兩側(cè)遞增,且沿著氣流方向管道上側(cè)速度梯度呈增大趨勢(shì),下側(cè)速度梯度呈減小趨勢(shì),至l為4D~5D階段,管道下側(cè)的速度梯度消失,整個(gè)截面的速度由上側(cè)向下側(cè)遞減,在隨后發(fā)展到出口的過(guò)程中整個(gè)截面速度梯度逐漸減小,直至出口處速度分布均勻。2.2顆粒濃度分布云圖圖5和圖6顯示了對(duì)稱(chēng)截面中顆粒濃度分布的云圖和橫截面中粒徑濃度分布的云圖。結(jié)果表明:1)未加任何均流裝置的彎管中,氣流經(jīng)過(guò)90°直角后,受慣性影響,水平管道初始段顆粒主要集中在管道上部,管道上部顆粒濃度很大,約0.1kg·m2.3均流裝置結(jié)構(gòu)流場(chǎng)對(duì)比分析如圖中流場(chǎng)壓力分布云圖所示。如圖7所示，在沒(méi)有流量分配器的erbo中，erbo的壓力在90的直角處達(dá)到最大值，并從內(nèi)到外逐漸增加。進(jìn)出口彎管內(nèi)總壓分布相對(duì)均勻，壓差較小，壓差為34.84pa。帶有擋板的薄板的壓力分布類(lèi)似于空管的壓力分布。90直角處的壓力最大，每個(gè)擋板底部附近有一個(gè)高壓范圍。90的總直角壓力由內(nèi)而外逐漸增加，但進(jìn)口和出口彎管內(nèi)的總壓力分布相對(duì)均勻，壓差為27.01pa。對(duì)于三角形機(jī)翼開(kāi)口的彎曲，由于開(kāi)口的風(fēng)表面和風(fēng)表面為鈍體結(jié)構(gòu)，海面上有大面積的高壓供風(fēng)吹。曲線整體壓力分布差異較大，進(jìn)、出口壓差為223.23pa。雙相流補(bǔ)償板屈曲的壓力分布與三角翼平板屈曲的壓力分布相似。然而，前繞組的空氣動(dòng)力學(xué)車(chē)身設(shè)計(jì)完全降低了空氣阻力在兩相運(yùn)動(dòng)期間的阻力，以減少約121.36pa的erbo進(jìn)出口壓差。綜上,彎管中壓阻大小排序?yàn)?c>d>a>b。2.4兩相均流板及三角翼面板對(duì)彎管內(nèi)氣流速度分布的影響為了準(zhǔn)確理解整個(gè)輸出線的氣流分布，將出口360m將橫截面劃分為8.8個(gè)具有相同面積的小區(qū)塊。取每個(gè)塊的中心作為測(cè)量點(diǎn)，然后將其劃分為64個(gè)測(cè)量點(diǎn)，如圖8所示。測(cè)量結(jié)果的速度/濃度數(shù)據(jù)根據(jù)j和t7631-2007計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)左端的氣流速度和質(zhì)量分析系數(shù)根據(jù)方程式（2）確定氣流速度和質(zhì)量。計(jì)算結(jié)果如圖所示。第9段（a）和（b）點(diǎn)。從9（a）中可以看出，擋板安裝在曲線上后，速度分布最好。兩相流補(bǔ)償板和三角翼安裝平整后，彎頭后短距離內(nèi)的速度分布均勻性較差，但隨著氣流的發(fā)展，速度分布逐漸均勻，且標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.25（當(dāng)gb和16157-1996的標(biāo)準(zhǔn)速度偏差系數(shù)小于0.25時(shí)，管道中的氣流速度分布合格），速度分布均勻性好，輸出均勻性效果與波導(dǎo)板基本一致。如圖9b所示。在整個(gè)輸出線的質(zhì)量濃度分布中，質(zhì)量濃度分布的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是cd（b）（a）。如圖9c所示，在曲線上安裝兩相流補(bǔ)償板后，與管道上的三角形翼裝飾相比，管道的總壓降降低約50%。綜合以上,處理裝置入口氣固兩相流的均流問(wèn)題時(shí),導(dǎo)流板、三角翼?yè)醢搴蛢上嗑靼寰梢员ＷC彎管內(nèi)氣流速度分布均勻,但兩相均流板/三角翼?yè)醢鍖?duì)顆粒分布的均勻性更優(yōu),而兩相均流板較三角翼?yè)醢逵懈偷墓軆?nèi)壓降。因此,在彎管內(nèi)安裝兩相均流板較安裝導(dǎo)流板/三角翼?yè)醢甯鼉?yōu),既可以使氣固兩相均勻分布又可以有效降低系統(tǒng)的壓阻。3兩相均流板、流板的均流效果1）導(dǎo)波板、三角形翼板和兩個(gè)擴(kuò)散膜片可以確保彎管內(nèi)的氣流速度均勻分布，改善管道內(nèi)的氣流速度不均勻問(wèn)題，并將管道的速度標(biāo)準(zhǔn)偏差系數(shù)保持在0.25左右。2）擋板、三角翼膜片和兩個(gè)擴(kuò)散膜片可以改變曲線的分布，但彎管中的兩相流補(bǔ)償板的濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差系數(shù)小于傳統(tǒng)波導(dǎo)板的彎管濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差系數(shù)。傳統(tǒng)的波導(dǎo)