脈沖袋式除塵器勻流噴吹管的設計探討

沈衡 孫乾

摘 ?要：脈沖式除塵器是一種十分高效的除塵器，在相關領域當中具有十分廣泛的應用。不過在實際應用中，由于其噴吹管中各個噴口流量的不均勻分布，會降低其除塵效率和效果。對此，可采用流量修正、數值模擬等方面，優化設計噴吹管的噴口。利用湍流模型，對雷諾時均方程進行數值求解，從而在噴口半徑分布不同、入口壓力條件不同等情況下，對噴口流量分布和流場結構進行了模擬，極大地縮短了設計周期，也降低了試驗成本，為優化設計脈沖袋式除塵器噴吹管提供了良好的依據和借鑒。

關鍵詞：脈沖袋式除塵器;勻流噴吹管;設計

前言

空氣除塵器主要包括濕式洗滌除塵設備、過濾式除塵設備、電除塵設備、機械式除塵設備等。其中，脈沖袋式除塵器屬于過濾除塵設備中的一種，在實際應用中取得了十分理想的效果。在脈沖袋式除塵器當中，核心部分和技術關鍵就是清灰系統。在脈沖袋式除塵器當中，氣包、脈沖閥、噴吹管、壓縮空氣系統等共同構成清灰系統。在清灰過程中，利用連接高壓氣包的脈沖閥，能夠將壓縮氣體在0.2s以內向濾袋中噴入，并將5倍到7倍的二次氣流誘導出。通過二次氣流的膨脹和噴射氣流的沖擊，能夠迅速除去濾袋表面的積灰。

1 勻流噴吹管的優化設計

在勻流噴吹管的優化設計當中，利用數值模擬計算，能夠得出對噴口直徑進行修正的流量分布，從而將噴口流量控制到基本相同。結合氣體動力學理論，噴口質量流量與噴口半徑、流量系數、當地的總溫和總壓等都有著直接的關系。如果，在噴吹管內部，具有均勻分布的流場，可以假設流量系數、總壓、總溫等參數為固定值，從而可得出相應的方程式。通過這些方程式，能夠對相應的修正公式進行推導得出[1]。在數值模擬計算噴吹管流場，并實際進行噴口修正的過程中，首先結合原噴吹管的尺寸，對帶有“等”口徑噴口的噴吹管進行3D模型的建立，同時網格劃分流場區域。然后對邊界條件進行設定，然后數值模擬計算流場，對各個噴口的質量流量進行計算。如果，噴口的質量流量都能夠滿足均勻程度的要求，就可對得出的噴口半徑分布進行利用。而如果不能滿足均勻程度的要求，則應當結合之前計算得出的噴口流量值，對各個噴吹裝置的噴口半徑利用相應的修正公式進行修正。然后，結合新的噴口半徑，對3D模型進行重新建立，和重新的網格劃分，再進行上一步驟的計算，指導得出符合均勻程度要求的結果[2]。

2 噴吹管流場數值模擬

根據噴吹管的CAD圖紙，可對相應的3D模型進行建立。在噴吹管當中，主要包括了15個噴口和主管道，高壓氣包通過脈沖電磁閥，連接了主管道的左端。對15個噴口進行相應的編號。在清灰過程中，氣包將高壓氣體通入左端入口，經由脈沖電磁閥通入噴吹管。將電磁閥打開100ms的時間。在分塊處理噴吹管模型之后，可將六面體采用cooper的方法生成。有8層貼體附面層網格生成在主管道壁面附近，網格的總數為60萬。在噴吹管的入口位置，脈沖閥只保持了100ms的開啟時間，因此，關內具有非定常流動的流場。對發展充分的流場，采用定常流動計算，對50ms時間內的瞬間流動狀態進行模擬[3]。結合不同的氣包壓力，分別設定不同的進口壓力條件。在實際計算中，采用了相關的試驗數據決定進口壓力。在噴吹管的入口位置，對壓力入口邊界條件進行了應用。在各個噴口位置，對壓力出口邊界條件進行了應用。將一個標準大氣壓作為背壓，設定300K的溫度，將無滑移絕熱壁面設定為噴吹管壁面。利用中心插分有限體積法，在計算噴吹管流場數值的時候，對時均方程進行求解，其中也包含了能量守恒方程。采用了標準模型的湍流模型，利用基于密度的隱式求解方法進行實際計算。

3 勻流噴吹管的實際優化

3.1 修改噴口初始半徑

結合試驗所得噴吹管的尺寸，可對初始模型進行建立。在特定壓力條件下，對各個噴口流量分布數據進行流場模擬計算。根據計算結果，能夠得知各個噴口之間具有較大的流量差別。距離氣包越近，就具有越小的質量流量。最大值和最小值之間，相差超過了兩倍。根據前文提到的半徑修正方法，在經過反復得到修正之后，也沒有得到理想的結果。及時將噴口截面修正到趨近于主管道截面積，也沒能夠將流量提高。結合初始模型流程模擬計算的結果，對相應的局部速度矢量圖進行繪制[4]。從中能夠看出噴口左側的回流情況。這一情況主要是由于噴口截面積之和過大。如果將噴吹管看作一個噴管，噴口截面積之和已經超出主管道界面截很多，因而具有了擴張性的特點。對于亞音速流動來說，這種擴張型噴管只具有增壓和減速的效果，因而會造成局部回流。對此，縮小了初始噴口的半徑，使噴口流量接近均勻。在后續計算中，將突臺去除，設定相同的噴吹管主管道前后口徑。再通過試驗和計算證明，達到了理想的效果。由此可見，應當將噴吹管的主管道設定為統一的管徑。

3.2 迭代修正噴口半徑

噴口初始半徑選擇了10mm尺寸，利用相應的修正公式對特定壓力條件下的噴口半徑進行迭代修正，從而得出較為理想的結果。此時各個噴口只具有1%以內的流量差別，在集中不同的壓力條件下，經過迭代修正之后，從噴吹管模型的流場數值模擬結果中能夠看出，在這些不同壓力條件之下，各個噴口之間也縮減到了5%以內的流量差別[5]。由于在各種不同情況下，噴口都能夠實現較小的流量差別，因而實現了事先設定的計劃。通過以上計算分析，能夠得出最為理想的半徑分布，并且對相應的二次曲線進行擬合。根據相應的計算結果，能夠得出噴吹管的優化設計原則。在噴吹管當中，所有的噴口界面積之和不能超過主管道的截面積。因此，在設計當中，可以先計算噴口的數量，然后對最大平均半徑加以確定。按照從前到后的順序，噴口半徑根據二次函數規律發生遞減，從而得出均勻噴口流量分布。可利用迭代修正方法得出相應的二次函數規律。此外，在噴吹管的主管道，應當采用相同口徑的管。

4 結束語

脈沖袋式除塵器是一種十分重要的除塵器，在實際應用中發揮出了十分良好的除塵效果。為了確保除塵器能夠更好的發揮作用，對其進行清灰處理是十分重要的。對此，文章采取了數值模擬的方法，對噴口半徑進行了優化，從而在各種不同的壓力條件下，控制到了1%以下的噴口流量差別。同時，還采用了迭代修正的方法，優化了噴吹管噴口半徑的設計，從而取得了十分理想的效果。

參考文獻

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