合肥工业大学 杨丰1祝健3 刘向华3
青岛理工大学 张吉光1
对接接头青岛人防设计院 田立霜2
摘要对扩散式静电旋风分离器内的流场进行了测定，得到了静电旋风分离器流场的三维速度分布规律及全压和静压的分布规律。切向速度在外涡区出现峰值，并且在整个径向方向上，切向速度梯度减小，分布平缓，速度分布趋势变化使得平均离心加速度增加，压力梯度减小，轴向速度梯度减小等。 关键词扩散式静电旋风分离器 流场 切向速度 阻力降低
Abstract After measuring flow field of the extended eletrocyclone,the distributing law of the velocity field and of the pressure field are got.the maximum tangential velocity occurs and decreases as the flow goes in the outer vortex field．And the smoother pressure/velocity gradient to direct in the radial direction leads to mean centrifugal acceleration increasing . Key words extended eletrocyclone Velocity Field tangential velocity resistance drop
前言
车辆调度系统流程小粒径颗粒的分离是除尘方面的一个难题。工业上的静电除尘和布袋除尘虽然能够高效收集亚微米级颗粒，但是这些装置都需要复杂的清灰振打装置，难以满足低沉本，小体积的要求。表征旋风分离器分离效率的切割粒径dc50从大于40µm降到了0.5µm，但能量消耗也随之增加了近百倍。高效低阻成为旋风分离器领域研究的一个目标，而静电旋风分离器正是针对这个目标研制出的更新设备。
目前，对其内部流场测试以及研究流场对分离器阻力和效率的影响等这些方面做的尝试不多，一般的实验仅对单根电晕极静电旋风分离器的流场和效率做简单的分析。要想使静电旋风分离器的阻力得到进一步的降低，同时分离效率得到进一步的提高，必须弄清楚静电旋风分离器流场的理论分析以及不同形状和数目的电晕极对分离器流场的不同影响，从而为改进结构等措施提供实验和理论依据。
1 扩散式静电旋风分离器的流场测定实验简介
本实验采用的模型是青岛理工大学钱付平优化出的高效扩散式静电旋风分离器[1]熏洗仪
。
扩散式旋风分离器（CLT型）的进气管为矩形，与圆筒体水平切向连接，在圆筒体上部由
排气管电晕极用8根4mm的钢筋制成，在钢筋上焊接2～3mm长的细钢丝形
成芒刺。具体尺寸见图1。
本实验的实验条件为：大气压100360Pa，干球温度21.7 ℃，湿球温
度18.0 ℃，旋风分离器入口风速18m/s 和22m/s。
本实验利用五孔探针测量旋风分离器内的速度分布，将实验用的旋风
分离器模型沿高度分为12个测定断面，从下往上依次编号为1至12，每
个断面按四个方位（ 0°、90°、180°和270°）测量，断面划分自扩散
锥体底部每向上100mm 取一个断面。测量时，每隔布置一测点。测
量时由于中心有排气芯管（ 其直径为 ）和电晕极，故测点是从和断面3处开始。
mm 10mm 200mm r 110=图1
本实验的重点是研究扩散式静电旋风分离器内的速度场和压力场，也就是主要通过分析比较不同入口速度情况下，扩散式静电旋风分离器内切向速度、轴向速度、径向速度、全压以及静压的变化规律，来分析降低静电旋风分离器阻力的机理且同时提高其分离效率的因素。因此，流场测定要同时采集速度信号和压力信号。利用毕托管同时测量三维速度值及全压和静压值；利用五孔探针同时测量分离器内三维速度和压力的分布。本实验采用五孔探针，来测量流场。
2 流场测定结果
为了比较不同入口风速下的流场情况，对14m/s、18m/s、22m/s 进行测定。在14m/s 工况下，在锥体下部，由于五孔探针采集的压力信号弱，所以仅对另外两种工况进行测定。
实验时用不同入口风速V分别为18m/s、22m/s，以分离器筒体直径Dc作为特征长度的雷诺数分别为Re＝2.4×105、2.9×105。从图2和图3上可以看出，比较18m/s、22m/s工况下，分离器内气流压力和速度分布只有数量大小的变化，而没有分布的形态的变化，说明此时旋风分离器内流场已经进入了自模区，速度分布受入口风速影响已不明显。因此，本文只对在入口风速22m/s工况下，加上静电后效率最高点附近，考察速度场的情况[2]新药管疗法
。
3 速度场分析
切向速度分布 轴向速度分布 径向速度分布 静压分布
图2静电旋风分离器各断面的速度和静压分布
3.1 切向速度分析
加上电晕极以后，流场切向速度分布发生了变化。由于电晕极的加入，在电晕极附近的内涡区域内部（轴心线范围）无法测量。在靠近筒体附近，切向速度分布和以前结论差别不大，即：内旋涡区，近似线性增长，到达某一位置最大，然后减小。在锥体段外涡区，存在切向速度峰值，最大切向速度面的位置外移，不仅内涡旋区中，而是在芯管外也有峰值，这可能有两个方面的原因：一.是扩散式锥体使得主流的螺旋下降流动强度减弱，各个速度分量梯度减弱；二.是在芯管位置加上电晕极后，绕杆流动发生效应，由理论分析可知，绕杆流动后切向速度的极值点位置会外移，这与实验结论是一致的。在流动到达扩散锥底部附近时，流动不稳定性加强，在靠近内旋涡区，切向速度分布不在是线性规律，而是发生了波动。在外漩涡区，切向速度分布符合兰金涡的规律，即随着半径增加，其值递减。由图3可以看出，在径向方向上，出现了双峰值。这个现象是对分离颗粒有利，双峰值与单峰值相比，减小了离心力加速度变化率，这样利于平衡压力梯度，提高平均离心加速度；另外双峰值却能够减小涡旋之间的耗散强度，从降低阻力来说是有利的。但是从图3可以看出切向速度平均值在扩散锥体部分明显低于入口峰值，说明主流的螺旋下降强度降低了，这个现象对分离是不利的。
断面3 断面5 断面7
图3 18m/s、22m/s入口速度，扩散锥体不同端面上的切向速度分布
3.2 轴向速度分析
轴向速度在内旋涡中，向上形成上升流；在外漩涡区，向下形成下降流。在分离器底部，轴向速度量值较小，这是由于扩散锥体结构有关，上、下行流的分界面位置也外移，上、下流分界面形状呈扩散锥形。上行流区域外扩和下降流区域减小，这样是不利于分离，而轴向速度平均值的减小又增加了颗粒在分离器内停留时间，这又是有利于分离。所以单从轴向速度的角度来看，不一定能够增加分离能力。
断面3 断面5 断面7
光电烤箱图4 18m/s、22m/s入口速度，扩散锥体不同端面上的轴向速度分布
3.3 径向速度分析
径向速度分布比较凌乱，在靠近筒体上部基本围绕一个平均值波动，在锥体下部附近，变得不稳定。径向速度的测量应该来说由于五孔探针的深入会使得其值与实际情况可能变化最大。因为径向杆对流场特别是在径向方向上影响最大。但是由于径向速度对于旋风分离器的性能影响不是很大，所以尽管径向速度不是很准确，但是对整个实验结果影响也不大。
3.4 静压分析
图2压力分布规律与一般实验所得结论一致[2]，即：压力从轴心处开始，随着半径增加而增加。由于扩散锥的半径增加，所以压力梯度平均值减小，这减小了气流的向心运动趋势。这对于分离颗粒也是有利的。
光通量测试
4 加电晕极后对阻力的影响
由图2可以看出：静电旋风分离器下行流区的静压径向静压梯度比一般常规除尘器[52]要小，这意味着流体无论是作旋转运动还是作铀向流动，各流层问来自外界的法向作用力减小，使得内摩擦阻力降
低。这必然引起降阻旋风分离器阻力的降低。电晕极使降阻旋风分离器内整个区域的切向速度分布曲线比常规旋风分离器内的切向速度分布曲线乎缓，速度的最大值与平均值都有所降低，减少了旋转动能损失，切向速度梯度减小和径向静压梯度的减小，内摩擦阻力降低，引起静电旋风分离器阳力的降低。
由对加单杆切向速度的理论计算[3]，可知道加杆后流场的切向速度分量的径向梯度减小，特别在外涡区有利于平衡压力梯度。由图2知道，加多杆后这种效应增强了，它使得切向速度的峰值和平均值都衰减了，这种结果会减小主流模型的强度，因而使得离心力减小，不利于分离颗粒。
结论
对于扩散式旋风分离器，实验表明其流场符合一般的文献说法[4]，但是这种扩散式结构会导致主流流动模型强度的减弱，特别是切向速度衰减，这是不利于分离颗粒，但是由于分离器空间的加大，粒子运行空间也增大，这样就延长粒子的运行时间，让粒子有充分时间核电，这又是有利于分离的。所以对于分离效率应该综合来考虑。
切向速度在扩散锥体段有所衰减，最大切向速度值和平均值都降低，外涡区出现了切向速度的峰值。轴向、径向速度分量分布和压力分布符合一般公认的结论。加电晕极的扩散式旋风分离器流场对分离效率的影响：
1.扩散式静电旋风分离器结构单纯从流场角度来说，并不能显著有效的增加其效率，相反地，有
可能减小其分离效率，由于增加了电晕极，使得其阻力有所降低。
2.轴向速度和径向速度分布基本符合一般结论。轴向速度把分离空间分成明显的上下行流区；由
于径向速度大多向心，径向速度数值有所提高，点汇运动的趋势加强，所以对分离也是不利。
3.加杆后的扩散式旋风分离器内流场，与一般分离器流场比较有以下特点：降低了速度梯度，不
仅整体上有利于平衡压力梯度，利于颗粒分离；而且还减弱了涡旋间的耗散，利于降低分离器的阻力消耗。
4.切向速度在外涡区出现峰值，并且在整个径向方向上，径向速度梯度减小，速度分布趋势变化
使得平均离心加速度增加，这样是有利于分离；但是由于扩散锥体的结构使得气流运动空间增加，使得速度衰减，主流模型流动强度减小，这一因素又不利分离。所以，从流场方面来说应该综合来分析其对效率所起的作用。
参考文献
（1）亢燕铭，沈恒根. 高效旋风器降阻条件下的流场特征. 西安建筑科技大学学报，1997，29（1）：18～21
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议