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www.4858.com弯头段粉尘运移规律数值模拟研究

来源:常州峰瀚暖通     作者:czfhnt     发布时间:2018-10-18      点击0次
www.4858.com-澳门新葡亰官网-官网讯:

  弯头段颗粒的运动纪律对研究整个管道内颗粒的运送和净化有着要害性的作用,运用气固两相流动理论中的欧拉-拉格朗日离散相模子和湍流模子,接纳盘算流体力学的FLUENT软件,对透风管道圆形弯头段粉尘运移纪律举行数值模拟。剖析和讨论差别送风速率以及差别粒径下尘粒在弯头内的运动纪律,其效果对工程实践能起到一定的指导作用。

  随着对节能、温度和湿度恬静要求的提高,修建物密闭水平不停增大,室内空气质量越来越大地依赖于空调系统送风情形。在空气运送历程中,粉尘极容易在管道里沉积,影响透风效果并发生二次污染。沉积的尘粒,在相宜的温度和湿度下,滋生大量细菌和微生物,随着空调系统的运行随气流进入室内,造成严重的室内空气污染。

  现在,已有文献讨论了管道中颗粒物的输运特征,主要集中于理想化的长直管道。可是,凭据动力学基本原理,发生在类似于弯头段的管道局部构件处的沉积比在直管道中要大许多。凭据透风管道的相关尺度规范和工程中常用圆形风管的尺寸,本文对横截面尺寸为200mm的圆形弯头内,差别送风速率下,粒子直径为1到100μm,湍流扩散的情形下,粒子运动轨迹举行模拟追踪。

 

  1、气固两相流数学模子

  透风管道内气粒流动历程是典型的湍流气固两相流动。研究两相流问题基本上有两种要领。一是欧拉-欧拉要领,差别的相在盘算中被看作是可以相互贯串和掺混的一连介质。二是欧拉-拉格朗日法,该要领是把流体看成一连介质,流场接纳欧拉方程举行盘算,而将占有很低的体积系数的颗粒作为离散相处置惩罚。此要领可以对大量差别粒径巨细的颗粒在流场中的运动举行跟踪,甚可以模拟出颗粒与墙壁的弹性碰撞,对庞大的几何流场顺应性特殊强。由于本文模拟工具中颗粒直径较小,浓度较低,颗粒对气体流场的影响不大,本文接纳拉格朗日离散模子,在盘算中忽略颗粒与颗粒之间的作用以及颗粒对气相流场的影响,而只思量气相流场对颗粒的作用[4]。

  1.1 气相湍流模子

  雷诺应力模子是通过对时均形式的Navier-Stokes方程做种种运算,雷诺应力方程模子能够战胜湍流粘性系数模子的局限性,是具有普遍应用性的简朴的模子,同时也是现在对庞大现实流动历程模拟较为乐成的工程湍流模子,本文接纳雷诺应力模子来模拟气相的湍流流动。

  气相动量方程式:

  

 

 

  式中:ugk为气体相速率,m/s;ρg为气体密度,kg/m3;t为时间,s,ρp为颗粒密度,kg/m3;ugi为气体在i偏向上的速率,m/s;upi为颗粒在i偏向上的速率,m/s。

  对气体的雷诺应力,也可以推导获得运输方程:

  

 

 

  其中Dij、Gij、Πij、εij、Pij划分表纤雷诺应力的扩散、发生、再分配、耗散和相间湍流相互作用。详细表达参考文献[3]。

  后还需确定湍流耗散率ε的输运方程:

  

 

 

  其中,Pε为颗粒对湍流耗散率的源项:

  

 

 

  上述气相雷诺应力的输运方程(2)和耗散率的输运方程(3),加上气相的宏观平均方程(1),就组成了气粒两相流中气相湍流的模子。

  1.2 颗粒相的数学模子

  FLUENT中通过拉氏坐标下的颗粒作用力微分方程来求解离散相颗粒的运动轨道,颗粒的作用力平衡方程为:

  

 

 

  式中:u为气体相速率,m/s;up为颗粒速率,m/s;ρ为气体密度,kg/m3;ρp为颗粒密度,kg/m3;gx为重力加速率在x偏向的房,m/s2。

  FD(u-up)为颗粒的单元质量拖拽阻力:

  

 

 

  式中:μ为流体动力粘度,N·s/m2;dp为颗粒直径,um;CD为粒子阻力系数;Re为相对雷诺数,其界说为:

  

 

 

  附加质量力Fχ是由于颗粒受周围流体作用加速而引起的,表达式为:

  

 

 

  2 弯头段粉尘运移数值模拟剖析

  2.1物理模子及相关设置

  凭据透风管道的相关尺度规范和工程中常用圆形风管的尺寸,选取直径为200mm,弯曲比为2的圆形风管,为保证弯头内气流湍流运动的稳固性,在弯头收支口划分附加一段直管,弯头模子详细尺寸如图1。

  气相流场界限条件:固体壁面,接纳无速率滑移和无质量渗透条件;入口界限条件由入口处的空气速率及流量详细确定;接纳压力出口界限条件。离散相界限条件:接纳面射流源,颗粒接纳匀称漫衍,从管道入口喷入,速率与气流速率相同,颗粒密度取2000kg/m3,射流量为0.1kg/s;壁面界限条件接纳trap离散相界限条件;出口界限条件取为escape界限条件。

  为了获得稳固的非定常流动状态,时间步长(Time Step Size)取特征长度除以特征速率所得的时间小两个数目级的1/10(0.0005s),时间步数(Number of Time Steps)为3个流动循环周期所需要步数(3000步)。

  

 

 

  图1 弯头模子示意图

  2.2 弯头内空气流场剖析

  图2 为空气平均流速为5.3m/s时,弯头内某一截面的压力漫衍图。从图中可看出,在直管段,压力漫衍匀称,而在弯头段,由于离心力的作用,其压力漫衍发生了响应的改变,造成了弯头外侧的压力远远大于内侧压力。

  图3为弯头段某一截面的速率矢量图,从图中可显着看出弯头横截面上有环流存在,这种气流方式说明在弯管内侧发生了二次流,这与前人对弯头内气流形式的研究效果相同。

  2.3弯头内颗粒物沉积情形剖析

  

 

 

  图2 z=0截面压力漫衍云图

  

 

 

  图3 y=0截面速率矢量图

  从图4可看出,随颗粒粒径的增大,沉积率显着增大,而在颗粒粒径稳定的情形下,随风速的增大,沉积率逐渐减小;当颗粒粒径小于5um时,虽然风速减小可是沉积率没有显着增大。这是由于大粒径颗粒的沉积情形主要受重力作用的影响,粒径增大,重力作用增强沉积率增大;而风速的增大会使得颗粒受气流的脉动速率的影响变大,使得沉积率随风速增添而减小;但颗粒粒径小于5um时,颗粒受湍流扩散作用的影响,基本上悬浮于空气中,沉积率很小。积情形举行了模拟剖析,获得了差别风速条件下各粒径颗粒在弯头内的沉积率。通过对效果的对比剖析,发现大粒径颗粒的沉积情形主要受重力和惯性力作用的影响,随粒径的增大和风速的降低,沉积率显著增添,小粒径颗粒主要受到湍流扩散作用,沉积率很小。

  

 

 

  图4 差别风速下各粒径颗粒沉积率

  3 结语

  本文以空调透风系统现实尺寸管道弯头为几何模子,接纳RSM模子和DPM模子对空调透风管道内的空气流场以及颗粒物沉

原题目:
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