论文发表

本篇除尘论文首先对旋风除尘器进行几何优化并探究旋风除尘器内部气体流动情况。图2(a)~(c)为不同排气管的插入深度与入口高度之比分别为0.1、0.8及1.8时轴向速度云图。从图2(A-A)中可以发现，高速气体从入口进入，并在C点处被加速，并随着气体沿着壁旋转。之后，气流在进入旋风式除尘器下方之前，会与后续进入的气流发生碰撞，并在排气管外壁附近(点D)形成混沌流，使得气体速度在点D发生急剧下降，这将导致气体在流动过程中发生能量损失产生短路流。重要的是，从图2中可以看出向上流动和向下流动气体之间存在明显的分界线，且向上流动气体的中心与旋风式除尘器的几何中心不一致。这是由于旋风除尘器中存在偏心涡流，扰乱了向上流动的气体。然而，从图2(a)及(c)中可以发现，向上流通的气体与排气管的几何中心发生了严重的偏移，这将导致排气难以顺利进行，大量的气体有可能从排尘口直接排出。

图2 插入深度与入口高度之比分别为0.1(a)、0.8(b)及1.8(c)时轴向速度云图
 

从图3(a)中可以发现，虽然排气管插入深度较低，也能产生内外漩涡，但是内漩涡空间过大。通常，外漩涡才是沙尘进行分离的主要空间，内漩涡空间过大将导致排气管排气不畅，以至于使沙尘直接从排气管排出[8]。此外，如图3(a)中A点中可以发现，入口处上有部分气体直接进入了排气管，即我们所说的短路流。这部分气体所携带的沙尘将完全不进行离心力分离，直接逃逸。其次，从图3(c)中可以发现，容易在排气管外壁形成回路，而这一部分气体所携带的沙尘将沿排气管外壁下滑后到达排气管底部时，随其内部的上升气流而逃逸，如图3(c)中B点所示。
 

因此，插入深度与入口高度之比为0.8时，具有更好的气固分离效率。

图3 插入深度与入口高度之比分别为0.1(a)、0.8(b)及1.8(c)时径向速度云图
 

2.2 沙尘颗粒粒子追踪

为了进一步验真改良旋风子的工效，需要对不同粒径的沙尘在排气管道插入深度与与吸入口高度之比为0.8的旋风除尘器中的运动，进行粒子追踪。图4显示了多个直径的沙尘在0.4 s内的位置随时间的变化。从该图可以看出，随着时间的增加，不同直径的沙尘从吸入口进入，之后沿旋风除尘器的边壁逐渐进入至排尘口。较小直径的沙尘(蓝色部分)与较大直径的沙尘(红色部分)同时从吸尘口进入，较大直径的沙尘首先从排尘口排出，而较小直径的经过多次旋转后从排尘口排出。

图4 不同粒径的沙尘随时间的位置变化图
 

根据图5，直径大于40 μm的沙尘可以旋转到旋风除尘器的锥形部分并从排尘口排出，经过碾压后的沙尘通常为70~200 μm，因此改良后的旋风子能够达到良好的除尘效果。
 

如果，沙尘直径小于40 μm，沙尘首先向下旋转，然后在即将进入锥形部分附近一定高度处继续旋转。这可能是因为，当微细沙尘向下移动到圆锥体时，旋风分离器的半径减小，但是颗粒的切向速度变化不大，粒子上的离心力增加，从而使得微细沙尘难以进入排尘口。

图5不同粒径的沙尘运动轨迹图
 

微细沙尘上的作用力，如图6所示，随着支撑力N增加，并且轴向分力Nz也增加。当Nz大于重力G和气体阻力的轴向分量FDz之和时，粒子向上移动。如果Nz等于重力和FDz的总和，则粒子将保持一定高度旋转。因此微细沙尘由于自身体积较小，所受到的重力G和气体阻力小于Nz，在运行过程中将保持一定高度处继续旋转，或发生向上移动。

图6 圆锥部分的微细沙尘上的作用力