利用用户自定义函数(UDF)编辑电场荷电方程,并建立电场模型的这种方法优化便捷了模拟结果。构建电场模型所需要用到电场荷电方程:
式中:qs为颗粒饱和电量,C;εs为颗粒的相对介电常数;dp为颗粒粒径,μm;E为载入电压,V;t为荷电时间,s;μi为离子迁移率,m2/Vs。
1.3颗粒运动模型
电除尘器中的颗粒之间也存在着力的平衡,并且烟气中颗粒的体积分数不足10%,完全符合DPM模型的使用条件。在模型中为了更真实的模拟这一情况,通过利用积分拉式坐标下的颗粒作用力微分方程来求解离散相颗粒的轨道。
颗粒的作用力平衡方程(颗粒惯性=作用在颗粒上的各种力)在笛卡尔坐标系下[6-9]的行驶(x方向)为
其中:FD(u-up)为颗粒的单位质量曳力,对于亚观尺度(直径在1μ到10μ之间)颗粒,Stokes曳力公式是适用的。这种情况下,FD定义为
其中:dp为颗粒粒径,m;ρ为颗粒骨架密度,kg/m3;Cc为Stokes曳力公式的Cunninghanm修正(考虑稀薄气体力学的颗粒壁面速度滑移的修正)。
2数学物理模型的边界条件和网格划分
在电除尘器中,当电压超过起晕电压时,内部空气被电离形成大量颗粒自由电子[9]。在电晕电压的作用下,电子被驱赶出空间电荷区。自由电子的无规则运动碰撞到烟气中的粉尘颗粒,使得颗粒荷电。在电场中,随着时间和电压的增加颗粒荷电量增加,从而导致带有负电荷的颗粒向收尘壁(正极)的偏移运动更加明显剧烈,直到颗粒抵达收尘壁并且被捕集。电除尘器详细边界条件,参考表1所示。
表1边界条件
本文模拟的是管式静电除尘器,为了便于数值模拟的计算以及模型的对称性,所以只选取了一半的模型来划分网格,网格数目为460×160。
3数值模拟结果及分析
3.1湍流模型验证
为了验证数值模拟的模型的正确性,将数值模拟模型中的一些可变参数按照ZakariyaAl-Hamouz的实验数据[10]带入计算,结果如图1所示。
图1模拟数据与实验数据比对
从图1中可以看出,数值模拟的计算结果与实验操作后得出的结果还是比较相近的,基本上可以符合实验结果。
同时,数值模拟的计算结果要略高于实验结果。那是由于现实中颗粒形状是不规则,文中为了便于模拟,把颗粒只假设成球形颗粒一种,从而增加了一些不规则形状的颗粒质量增加,半径变大,使颗粒受到的电场力增加除尘效率变高。虽然分析结果略高,不过还在标定的范围内。
3.2不同的进口风速对除尘器集尘效果的影响
对于电除尘器来说,进气口风速大小是影响除尘效率高低的重要因素之一。进风口对除尘效率的影响十分明显,本文分别模拟出不同进口风速对除尘效率的影响,如图2所示。
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