粉尘在通风除尘管道内沉积行为的研究

粉尘输送系统已经得到了广泛的应用,其技术研究也已经得到越来越广泛的重视,但是由于输送过程中流体运动的复杂性,在粉尘输送的研究中存在很多目前尚无法克服的困难。实验研究和理论研究是当前粉尘输送研究的两种方法。这两种方法都存在局限性,例如在实验研究中,许多参数的计算都依靠实验建立的经验公式,因而得到的结论具有局限性,一般只比较适用于某种特定实验条件,很难得到普遍的计算公式。而在理论研究中,由于推导过程中采用了大量的简化而缺乏精确性。因此,本文在理论研究的基础上对固体颗粒在管道中的输送过程进行了模拟研究,揭示固体颗粒的运动规律及在管中沉积率,寻找减少降低固体颗粒在粉尘运输中沉积率和预防管道堵塞的办法。 本文介绍了采用数值模拟方法所需要的计算流体力学的理论知识和计算程序,建立了计算所用的管道几何模型,在流体计算域中划分了结构性网格,然后讨论了湍流模型的选用,成功地将雷诺应力模型应用于大量颗粒在管道中运动的计算,计算结果与相关实验文献比较一致,比实验更加生动地展示了颗粒的运动轨迹。 为了完成管道内气固两相流的模拟和沉积率的预测,文中采用了处理气固两相流的基本模型—DPM离散相模型。利用CFD商业计算软件在拉格朗日坐标系中,用离散相模型计算了两种不同的颗粒群运动轨迹,并利用软件外端接口C语言编程来计算沉积率。数值计算结果显示,输送过程中的压力分布图、浓度分布图和速度矢量图等直观地显示了粉尘输送过程中的流场变化情况。将模拟结果和相关文献实验结果作了对比,发现两者吻合较好,说明该模型具有较好的准确性和预测能力。同时本文对管道层流支层中二次扬尘临界粒子直径与输送风速的关系做了理论推导。 气固两相流动理论是本文基础,利用计算流体力学方法对粉尘输送中固体颗粒的沉积及两相的流体力学特性进行了一些探讨,得到了一些有意义的结果。研究结果表明,研究粉尘输送过程中颗粒沉积的数值模拟是成功的,能够补充实验研究和理论研究的不足,对提高粉尘输送技术水平具有积极作用。