旋轉流顆粒運動(dòng)軌跡濃度場(chǎng)改變論文

　　摘要測試了圓管內旋轉流的流場(chǎng)分布，在此基礎上計算分析了顆粒在旋轉流場(chǎng)中的徑向運動(dòng)軌跡，得到流動(dòng)輸運方向上含塵氣流深度場(chǎng)分布的改變。給出旋轉流對顆粒的預分離基本發(fā)生在旋轉流入口后3倍管徑長(cháng)度上。

　　1前言

　　固體顆粒進(jìn)入旋轉流場(chǎng)后主要受到慣性離心力和空氣阻力的作用，大一些的顆粒被甩向邊壁，小一些的顆粒則被流體帶向下游。在這個(gè)運動(dòng)過(guò)程中，旋轉流流場(chǎng)的不同軸向位置上顆粒相的濃度將發(fā)生變化。一般認為顆粒進(jìn)入管道邊壁附近的某個(gè)區域后，不再發(fā)生徑向位移，即滯留在了顆粒層里，可以被捕集下來(lái)。旋轉流場(chǎng)對顆粒的分離作用與旋轉流強度有關(guān)，也和顆粒尺寸有關(guān)。因此，可以通過(guò)分析一這粒度分布的顆粒群在給定的旋轉流流場(chǎng)中不同軸向位置處的濃度變化來(lái)確定顆粒最佳預分離效果的管段長(cháng)度。

　　采用渦切向起旋器（如同切向進(jìn)氣旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣渦殼）引入旋轉流，參見(jiàn)圖1。氣流由渦切向進(jìn)氣口進(jìn)入起旋器產(chǎn)生旋轉流，由排出口進(jìn)入圓管測試段。改變氣流在起旋器中旋轉通道的長(cháng)度將延長(cháng)氣流的強制旋轉時(shí)間，起到助旋作用，有利于含塵氣流中顆粒的分離。而對稱(chēng)性的起旋器切向入口可以改善旋轉氣流的偏心狀態(tài)。

　　根據上述思想，設計了3種不同的起旋器，按吸入氣流在旋轉通道中的旋轉角度分為0°、90°、270°，以及具有對稱(chēng)進(jìn)口的雙進(jìn)口起旋器。

　　2顆粒在旋轉流場(chǎng)中的運動(dòng)分析

　　由于顆粒尺寸dp相對較小，可以將顆粒徑向運動(dòng)看作Stokes運動(dòng)（Rep≤1.0）有

　　其中，。代入得

　　解得：

　　式中F、FD分別為顆粒受到慣性離心力、顆粒運動(dòng)受到的空氣阻力，N；Utp、Uzp、Urp分別為顆粒運動(dòng)切向速度、軸向速度、徑向速度，m/s；m顆粒質(zhì)量，kg；ρp為顆粒真密度，kg/m3；A顆粒投影面積，m2；Urp0顆粒徑向速度的初值，m/s。為顆粒運動(dòng)的松弛時(shí)間，s；μ氣體黏性系數，Pa·S。

　　考慮顆粒沉降時(shí)已達到沉降速度，即。就有

　　在旋轉流場(chǎng)Ut、Ur已知的`條件下，就可得出任意時(shí)刻任意位置顆粒的徑向運動(dòng)速度Urp。

　　3顆粒分離模型的建立

　　根據本人測試[1]旋轉流自起旋器出口截面繞圓管軸旋轉180°，即旋轉了半圈時(shí)，軸向的運動(dòng)距離約為1.3倍管徑長(cháng)度（400mm）。將這段圓管沿軸向展，如圖2所示。氣流運動(dòng)的跡線(xiàn)為線(xiàn)段OM，長(cháng)度、時(shí)間分別為

　　作為分析顆粒在旋轉氣作用下沿徑向的位移，將軸向Z=0～400mm管段等距離劃分，單元尺寸為20mm。切向起旋器進(jìn)口徑向寬度為54mm，假定顆粒群在起旋器出口截面半徑150～100mm上均勻分布，以不同半徑（網(wǎng)格r0(n)={100,間距5，150}mm，n=1，11）上顆粒運動(dòng)計算顆粒運動(dòng)軌跡。當顆粒運動(dòng)到（z(m),r(n)）位置后，在氣流速度Ut(m,n)、Uz(m,n)、Ur(m,n)的作用下，有顆粒徑向速度

　　顆粒自網(wǎng)格點(diǎn)(m,n)運動(dòng)到下一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)(m+1,n)時(shí)沿管壁運動(dòng)的距離為L(cháng)=L0·20/400=0.05L0，運動(dòng)時(shí)間為：

　　所以在Δt時(shí)間內，顆粒沿徑向的運動(dòng)距離為

　　即顆粒將運動(dòng)到網(wǎng)格點(diǎn)（z(m+1),r(n)+Δr(m,n)）處，由此可以確定顆粒運動(dòng)軌跡。

　　4顆粒運動(dòng)軌跡及濃度分布分析

　　取顆粒的直徑范圍15～30μm，顆粒濃度C0；粒度分布為正態(tài)分布，分散度dc50=20μm，σ=6μm。計算用顆粒群的粒徑分為7種：5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm。

　　4．1顆粒運動(dòng)軌跡的計算

　　不同結構旋轉起旋器，90°起旋器、270°起旋器和雙進(jìn)口起旋器產(chǎn)生的流場(chǎng)內顆粒運動(dòng)軌跡如圖3、圖4、圖5。

　　圖390°起旋器流場(chǎng)中顆粒運動(dòng)軌跡

　　圖4270°起旋器流場(chǎng)中顆粒運動(dòng)軌跡

　　圖5雙進(jìn)口起旋器流場(chǎng)中顆粒運動(dòng)軌跡

　　由圖可知，在90°起旋器中，小于10μm顆粒的切向進(jìn)入管道后，一部分開(kāi)始向軸心偏離，即混入軸心區氣流中被帶走；其他顆粒進(jìn)入管道后均能被離心力甩到邊壁處堆積起來(lái)。15μm的顆粒運動(dòng)到邊壁所走路程最長(cháng)，軸向距離達到0.75D。在270°起旋器中，一部分小于15μm的顆粒在切向進(jìn)入管道后開(kāi)始向軸心偏離。雙進(jìn)口起旋器的流場(chǎng)中，發(fā)生軸心偏離的顆粒尺寸小于90°起旋器；且15μm顆粒運動(dòng)到邊壁的軸向距離大于90°起旋器。即對同樣分布的顆粒群來(lái)說(shuō)，90°起旋器的分離效果顯著(zhù)，又進(jìn)口起旋器次之。

　　4．2旋轉流場(chǎng)中顆粒濃度的分布假定在Z=0處，顆粒群均勻分布，濃度為C0，則根據顆粒正態(tài)分布的頻率計算公式[2]可以得到各粒級的質(zhì)量百分比濃度，見(jiàn)表1。

　　顆粒分布頻率表表1

　　粒徑（μm）5101520253035

　　百分比濃度0.29%1.66%4.7%6.65%4.7%1.66%0.29%

　　在不同的徑向位置上，根據顆粒運動(dòng)軌跡圖網(wǎng)格點(diǎn)上不同粒級顆粒權重不同，得到濃度變化曲線(xiàn)。如圖6所示，各圖中數據線(xiàn)的單位顆粒群的初始濃度C0。

　　圖6不同起旋器流場(chǎng)內的顆粒濃度分布

　�。╝）90°起旋器；（b）270°起旋器；（c）雙進(jìn)口起旋器

　　5結論

　　在Z=100m范圍內，各粒級顆粒得到了很大程度的分離，濃度場(chǎng)發(fā)生了變化。邊壁處的顆粒濃度急劇增加內側顆粒在流場(chǎng)的作用下向軸心區域擴散。在3倍管徑長(cháng)度后，顆粒在管壁處的堆積基本上不再發(fā)生變化，而小顆粒向軸心區的擴散仍在增加。因此，旋轉流的預分離管段不必很長(cháng)，可取3倍管徑的長(cháng)度。

【旋轉流顆粒運動(dòng)軌跡濃度場(chǎng)改變論文】相關(guān)文章：

三旋運動(dòng)的動(dòng)力問(wèn)題的論文06-25

三旋運動(dòng)動(dòng)力問(wèn)題分析的論文06-25

汽車(chē)涂裝顆粒的分析論文03-23

汽車(chē)涂裝顆粒分析論文04-08

國際研究的穩心顆粒的論文04-16

旋挖樁工藝發(fā)展的論文02-06

專(zhuān)業(yè)鎮發(fā)展軌跡探討論文02-12

星星的軌跡，我的軌跡作文11-07

旋轉流年美文06-07