旋风除尘器的冲蚀裂缝对除尘效率影响的研究
旋风除尘器是利用离心力将粉尘从旋转气流中分离出来并进行捕集的一种干式气—固分离装置,由于该装置结构简单、价格低廉、操作方便、能耗低、耐高温高压,对于捕收5~10 μm以上的粉尘颗粒效率较高,因此被广泛应用在化工、石油、矿山、冶金等行业的除尘中[1]。在矿物加工行业使用旋风除尘器主要是去除一些硬度较大的矿石颗粒,但矿石颗粒会对旋风除尘器产生冲蚀作用,使其产生裂缝导致装置的分离效率大大降低,同时也污染环境,长期处于这种工作环境中会对操作员的呼吸系统有较大的危害,所以有必要对旋风除尘器产生冲蚀的部位及除尘效率进行研究。
国内外学者大多是针对旋风除尘器内的流场、不同入口宽径比、锥角等进行数值模拟和设备优化方面的研究[2-8]。笔者利用计算流体力学软件模拟研究颗粒对旋风除尘器的冲蚀影响,以及当旋风除尘器产生裂缝时对除尘效率的影响,以便对旋风除尘器的易蚀部位进行改进和优化。
1 湍流模型
旋风除尘器内是高速旋转的湍流流场,各向异性效应和旋转效应显著,适合采用雷诺应力(RSM)湍流模型。本次模拟先使用k—ε标准模型进行瞬态迭代500步,再使用雷诺应力(RSM)模型进行瞬态计算,这样能使雷诺应力(RSM)模型在计算时得到一个较好的初始条件,模拟结果能够更加接近实验结果[9]。
2 DPM冲蚀模型
旋风除尘器中颗粒相比较稀薄,其体积分数小于10%,可以利用 DPM 冲蚀模型较为准确地模拟颗粒的运动[10]。利用 DPM 冲蚀模型时,离散相十分稀薄,因此无需考虑颗粒之间的相互碰撞作用。可以激活监视追踪颗粒对弯管壁面的冲蚀情况,冲蚀速率定义为:
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式中:C(dp)为颗粒直径的函数,设定为10 μm;α为颗粒对壁面的冲击角, f(α) 为冲击角的函数;v 为颗粒相对于壁面的速度,b(v) 为此相对速度的函数。
2.5 喉癌癌组织Survivin表达量与bcl-2、p53、caspase-3的关系 经Spearson相关性分析,喉癌癌组织Survivin表达量与bcl-2、p53呈正相关(r=0.385、0.407,P<0.05),与caspase-3呈负相关(r=-0.471,P<0.05)。
3 几何网格模型和边界条件设定
根据数值模拟得出的数据,各旋风除尘器的效率见表1。
通过MTS812.02试验机对砂岩进行水岩耦合流变试验,首先以200 N/s的速率将围压σ3加载至预定值为5、10和15 MPa,待其稳定后,将孔隙水压pw加载至0、2和5 MPa,最后施加轴向载荷进行蠕变试验,每一级荷载加10 MPa直至岩石破坏,试验加载方案见表1。
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(a)结构图 (b)网格图
图1 旋风除尘器结构及网格划分示意图
采用普通旋风除尘器的标准尺寸,该尺寸的除尘器在处理10 μm以上颗粒时的效率在97%左右。图1中入口高度350 mm,入口宽度120 mm,直筒高度1 000 mm,排气管插入深度650 mm,除尘器的内径550 mm,排气管的直径200 mm,排灰口直径120 mm。网格采用六面体结构网格。
4 数值模拟结果
4.1 颗粒对除尘器的冲蚀结果
旋风除尘器的冲蚀速率云图如图2所示,可以看出,颗粒对旋风除尘器的冲蚀作用对圆柱体的上端和圆锥体的下端较为显著,上端冲蚀是由悬浮在圆柱体顶部的颗粒对其产生的冲蚀作用引起,下端冲蚀是由于圆锥体底部的直径缩小,导致颗粒的速度增大,从而增大对圆锥体底部的冲蚀作用。模拟计算的结果与实验中的磨损部位基本一致,说明该冲蚀理论和冲蚀模型适用于旋风除尘器的仿真计算。
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(a)顶部
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(b)底部
图2 旋风除尘器冲蚀速率云图
4.2 裂缝对速度的影响
4.2.2 径向速度
旋风除尘器中的气流流动为三维螺旋运动,其中任意一点的速度都可以分解为径向速度、切向速度和轴向速度。对3种情况下的除尘器进行模拟,分别得到在柱锥连接面(z=1.25 m)和除尘器x=0平面的径向速度、切向速度和轴向速度的分布情况。
4.2.1 切向速度
学生是家校合作能否顺利展开的主体,由于家庭文化背景的不同、智力和能力倾向的差异、价值观念的差异等因素,不同学生具有不同的个体特征,其所面临的心理问题类型、程度、成因复杂多样[3],学生的问题主要表现在以下两个方面。
旋风除尘器柱锥连接面径向速度分布情况如图5所示,x=0截面径向速度分布云图如图6所示。
[3] CHUAHA T G, GIMBUNB J, CHOONGA T S Y. A CFD study of the effect of cone dimensions on sampling aerocyclones performance and hydrodynamics[J]. Powder Technology, 2006, 162(2):126-132.
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(a)无裂缝 (b)上裂缝 (c)下裂缝
图3 柱锥连接面切向速度分布情况 图4 x=0截面切向速度分布云图
由图4可以看出,相同半径位置的切向速度基本相等,但在中心底部也有明显的摆尾现象,无裂缝的摆尾幅度小于有裂缝的摆尾幅度,且切向速度明显大于其他两种情况的切向速度,使中间的颗粒受到的离心力小而无法将颗粒靠近壁面,从而降低了分离效率。
假设冲蚀严重的圆柱体上部和圆锥体下部会产生裂缝,分别对这两个部位产生裂缝时进行除尘效率的模拟研究。
在竹编的编织过程中,通常将纵向摆放的竹篾称为经条,横向摆放的竹篾称为纬条,通过将经条和纬条不断地挑压、穿梭来进行编织。根据编制技法,可分为平面编织和立体编织2种。
旋风除尘器柱锥连接面切向速度分布情况如图3所示,x=0截面切向速度分布云图如图4所示。
(a)无裂缝 (b)上裂缝 (c)下裂缝
图5 柱锥连接面径向速度分布情况 图6 x=0截面径向速度分布云图
由图5可以看出,从中心到壁面径向速度有明显的先增大后减小的变化规律。由于存在涡流,外旋区域的速度变化缓慢,内旋区域速度变化较快。且当下部产生裂缝时对内旋部位的径向速度影响较大,其速度降低到无裂缝的一半左右。
(2)投影变形规律不同。UTM投影后两条相割的经线上没有变形,而中央经线上长度比取0.999 6,保证距离中央经线左右约330 km处有两条不失真的标准经线,这样可显著减少边缘地区的长度变形,尤其在低纬度地区这种效果更为明显,因此非洲低纬度国家大部分都采用UTM投影。高斯投影的中央子午线投影后为一条直线,长度不变,投影长度比为1,离中央子午线越远,变形越大。UTM相比于高斯投影来说投影更小。
由图6可以看出,当产生裂缝时,径向速度的波动较大,由于裂缝处产生负压会吸入空气,而在裂缝处产生“碰撞”,不利于除尘器的分离。
4.2.3 轴向速度
旋风除尘器柱锥连接面轴向速度分布情况如图7所示,x=0截面轴向速度分布云图如图8所示。
(a)无裂缝 (b)上裂缝 (c)下裂缝
图7 柱锥连接面轴向速度分布情况 图8 x=0截面轴向速度分布云图
由图7可以看出,轴向速度随着半径的减小,由壁面附近的下降流逐渐变为上升流,说明除尘器内一定存在一个轴向速度为0的包络面,而该包络面以内是轴向速度向上的内旋流,以外是轴向速度向下的外旋流。其中下部产生裂缝时上升气流的速度峰值明显降低,影响气流携带颗粒的抽排作用,降低除尘效率。
由图8可以看出,气流沿径向方向轴向速度的方向发生变化,故除尘器中存在一个速度为0的包络面,且包络面内部速度方向向上,包络面以外速度方向向下。
4.3 裂缝对压力的影响
旋风除尘器柱锥连接面压力分布情况如图9所示,x=0截面压力分布云图如图10所示。
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(a)无裂缝 (b)上裂缝 (c)下裂缝
图9 柱锥连接面压力分布情况 图10 x=0截面压力分布云图
由图9可以看出,除尘器的总压随着半径的减小而减小,且呈现较好的对称性,由于除尘器产生裂缝,可以看出最大压力值是小于无裂缝的最大压力值。且3种除尘器靠近圆心位置出现小范围的负压。
由图10可以看出,底部都具有明显的摆尾现象,且上部有裂缝的除尘器摆动幅度最大,而下部产生裂缝的负压范围最广。无裂缝的除尘器各个点的压力普遍大于有裂缝除尘器的压力。
开源软件的成功有力的驳斥了只有私有化的知识产权能够推动创新的言论[3].然而,开源软件的失败率是较高的[4].并且,对开源软件项目的评估也不同于商业软件系统[5].所以需要一种度量方法能够获知当前开源软件的项目状态和推演开源软件项目的未来发展情况,以便用户选择所需的项目.DeLone和McLean [6] 最早提出了度量信息系统的DM模型.Polancic 等人提出开源项目质量度量模型[7].Rajdeep Grewal et al. [8]从技术和商业两个角度来分析项目的成功.
4.4 裂缝对除尘效率的影响
完好的旋风除尘器颗粒流线图呈螺旋状下降,且直接进入排灰斗,由于空气与颗粒的作用力,有少部分颗粒会在圆柱桶顶部一直处于循环运动状态。当旋风除尘器出现裂缝的时候,会有一部分的颗粒经过裂缝时进入到环境中,并且旋风除尘器中的颗粒轨迹也变得杂乱无章,部分颗粒需要很久才能下落到排灰口,这极大影响了除尘器的效率,同时也对空气环境造成影响。
旋风除尘器结构及网格划分如图1所示。
表1 3种除尘器的分离效率对比
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类别总颗粒数逃逸数捕捉数分离效率/%无裂缝2521823492.86上裂缝2527218071.43下裂缝2529315963.10
5 结论
采用Fluent 15.0软件对旋风除尘器流场的分析研究发现,在旋风除尘器完好的情况下,除尘器内部压力、风流速度分布均匀,固体颗粒对圆柱桶顶部和圆锥筒底部的冲蚀作用较为显著,风流切向速度是决定颗粒是否被分离的主要因素,颗粒随着下旋气流旋转向下运动,旋转次数随排灰口半径的减小而逐渐增大,降低了颗粒的停留时间,从而促进了旋风除尘器对颗粒的捕集作用。除尘器产生裂缝时会大大降低风流切向速度,同时也会使轴线上的风流速度产生较大摆动而形成循环流和短路流,极大降低了除尘器的分离效率。在节约成本且提高除尘器寿命的前提下,可以考虑加强局部结构的设计。
参考文献:
[1] LI Jiwu,CAI Weijian,DONG Bingyan.Experiment study of the performance of cyclone impulse electrostatic precipitation[J]. Acta Scientiae Circumstantiae,2002,22(2):253-254.
[2] GAO Xiang,CHEN Jinfeng,FENG Jianmei,et al.Numerical investigation of the effects of the central channel on the flow field in an oil-gas cyclone separator[J]. Computers & Fluids,2014,92:45-55.
由图3可知,除尘器气流的运动是由强制涡和自由涡组成的复合运动,在除尘器中心部位属强制涡运动,切向速度随着半径增大而增大;同时可以看出自由涡区间3种情况下的切向速度区别不大,而强制涡区间裂缝的产生将使负压区的真空度降低、压强升高、切向速度降低,说明无裂缝的除尘器内的离心强度大于有裂缝的除尘器,且高离心强度是提高除尘器分离效率的有利条件。
[4] 王乐勤,郝宗睿,王循明,等,通体长度对旋风分离器内流场影响的数值模拟[J].工程热物理学报,2009,30(2):223-226.
老道没等王祥说完就接过话茬:“你这批玉器因为是不祥之物,内行人自是不会沾手,若是单单当作普通玉石来卖。”老道说道略微迟疑了一会儿,“我想不会超过3万元吧,如果仔细鉴定可能还有价值提升的空间,但是最多不会超过5万,而且说不定露出马脚,3万都值不到。”
当地医生看了我的病状,说是得了脏病,遇到什么不干净的东西。大医院治不了,活佛曼巴有办法。曼巴给我做了艾灸,开了藏药,念经驱邪。现在好多了,消肿以后可以慢慢走路了。一个月的药才50块不到,治疗基本上是免费的。今天来就是让活佛看看,巩固一下。[注]访谈人:欧阳丽婷;访谈对象:马振华;访谈时间:2015年3月24日;访谈地点:青海省兴海县莫多寺。
[5] 袁惠新,姚宇婷,付双戚,等.锥端长度对微型旋流分离器内流场影响的数值模拟[J].化工机械,2011,38(3):341-344.
[6] 魏名山,马朝臣,李向荣,等.用PIV进行静电旋风除尘器流场的测定[J].北京理工大学学报,2000,8(4):497-499.
林业资源管理中机构配置不相符主要体现在基层林业站中。众所周知,基层林业站主要负责的工作除管理林木、爱护林木和加大绿化之外,还要宣传和推广相关的先进技术和林业政策等。由于我国基层林业站的人员有限,相关单位的工作人员承受着很大的工作压力,要高效完成林业资源管理工作,难度较大。除此之外,基层工作站工作人员短缺,导致一人多职的现象较为严重。身兼多职在一定程度上降低了管理人员的工作效率,容易在工作中出现纰漏。
[7] 李强.旋风除尘器优化设计及分离特性研究[D].长沙:中南大学,2008.
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全区设立有自治区级、市级、县级、乡镇四级社会保险征收服务机构,而税务部门根据税源变化的特点,已收缩乡镇征收机构,大多集中到县级,对城乡居民养老保险和医疗保险,尤其乡镇居民保险的征收管理带来一定程度的不便。
据德国之声电台网站11月11日报道,全世界越来越多的人在互联网上购物,这尤其给为数不多的几家大公司带来丰厚利润。现在的问题是:未来一切购物都将在网上进行,还是继续在现实世界中开展贸易?