夏毅敏等：棒式文丘里除尘器气液两相流阻力特性 ·451 a(pe)a(peupa 在文丘里除尘器中，气流激发液滴直径d,的半经 at CNSG-Cp 验公式如下： (5) 4.22×10-2+5.77×10-3(1000Q,/Q)12 d= 式中，G=Cp（业+)肥为平均速度梯度引起 e\ax:ax:/ax; (12) 的湍动能产生项：μ=μ+Cp足为流场中有效黏性系 式中：。为通过文丘里棒层时气流速度，m·s:Q,为 文丘里棒层喷出的水量，Ls:Q。为风量，m3s 数：Cn=0.0845:a。=a.=1.39:C1=1.42:C2=1.68+ 2.3网格划分与边界条件 Cn (1-n/no) 棒式文丘里除尘器主要由文丘里棒层、下筒体、上 1+Bn 2==( 筒体和径向直叶片风机组成，为了研究方便，本文建立 2)%=48A-002 了文丘里棒层与下筒体、上筒体和风机三个物理模型， 分别对其阻力特性进行分析研究. 2.2液滴运动模型 采用混合网格技术对这三个物理模型进行网格划 在棒式文丘里除尘器除尘过程中，含尘气体经过 分，如图2所示.文丘里棒层与下筒体和上筒体的出、 文丘里棒层时，由于流通截面积逐渐减少，气体得到加 入口分别设定为速度进口和outflow出口，风机的出、 速，在棒层内侧产生负压区，一定压力的水从文丘里棒 入口分别设定为压力进口和压力出口：壁面均为标准 的缝隙中喷射出来，并被高速气流冲击雾化成具有一 壁面边界：文丘里棒上的注射缝隙为面注射，液滴从此 定直径的水滴，液滴与加速后的含尘气体发生强烈的 处进入除尘器：考虑到实际情况中，液滴碰到壁面后会 相互作用，气体中的粉尘被液滴吸附和包裹。为了模 附着在壁面之上，并由于离心作用，很难再回到空气之 拟液滴在棒式文丘里除尘器中的运动状态，本文对液 中，故假定液滴接触壁面时将完全被壁面吸附，终止液 滴模型做了适当的假设与简化： 滴轨迹的计算. (1)假设从水管缝隙中喷射出来的是具有一定直 风机入口 径的液滴； (2)假设液滴为惰性球体，并不考虑液滴间的破 直叶片 碎及合并 由于液滴的密度远大于空气密度，且除尘器内温 度基本恒定，因此液滴所受的附加质量力、热泳力以及 布朗力可以忽略.由此可简化单位质量液滴在空气中 的运动方程为： 文丘里棒层 dU-g+F+F+P 风机出口 上简体 (6) 文丘里棒层与下筒体 风机 对于球状液滴，其单位质量液滴的浮力F。、绕流 图2棒式文丘里除尘器网格划分 阻力F:和压力梯度力F。的计算公式如下： Fig.2 Computation grid used for the stick venturi serubber model E,=1,(U,-U), Prdi 24 (7) 3 结果与讨论 F=-2g, (8) 利用CD技术，分别对文丘里棒层与下筒体、上 筒体和风机3个模型进行数值模拟.通过对数值模拟 F.=-1Vpe (9) 结果的分析，分别获得了各部分的阻力特性，并由此建 式中，U,为空气流动速度矢量：U。为液滴速度矢量4 立了棒式文丘里的阻力特性模型. 为空气动力黏度p为空气密度Pp为液滴密度；d。为 3.1文丘里棒层与下筒体两相流场分布 液滴直径P:为空气压力：颗粒雷诺数Re。的定义和绕 文丘里棒间距、液气比、风量是影响除尘器内压力 流阻力系数C:计算公式分别如下： 损失的3个关键因素，改变不同的参数如表1所示，对 e。=pu,lU-Ul 其进行数值模拟分析.图3为文丘里棒间距s=25 (10) mm,棒个数x为4，棒直径d=24mm,风量Q,=900m3· C=a1+2+9 h,液气比L=0.1L·m条件下，文丘里棒层与下筒 Re+Re (11) 体内气液两相流各截面液滴质量浓度的分布图. 其中，a1a2a3为常数. 从图3可以看出，在文丘里棒层至下简体入口段，夏毅敏等: 棒式文丘里除尘器气液两相流阻力特性 ( ρε) t + ( ρεuj ) xj =  x [j aεμeff ε x ]j + C1ε k Gk － C2 ρ ε2 k ． ( 5) 式中，Gk = Cμ ρ k 2 ( ε uj xi + ui x ) j ui xj 为平均速度梯度引起 的湍动能产生项; μeff = μ + Cμ ρ k 2 ε 为流场中有效黏性系 数; Cμ = 0. 0845; aε = ak = 1. 39; C1 = 1. 42; C2 = 1. 68 + Cμη3 ( 1 － η /η0 ) 1 + βη3 ，η = ( 2Si，j Si，j ) 1 /2 k ε ，Si，j = ( 1 2 uj xi + ui x ) j ，η0 = 4. 38，β = 0. 012． 2. 2 液滴运动模型 在棒式文丘里除尘器除尘过程中，含尘气体经过 文丘里棒层时，由于流通截面积逐渐减少，气体得到加 速，在棒层内侧产生负压区，一定压力的水从文丘里棒 的缝隙中喷射出来，并被高速气流冲击雾化成具有一 定直径的水滴，液滴与加速后的含尘气体发生强烈的 相互作用，气体中的粉尘被液滴吸附和包裹． 为了模 拟液滴在棒式文丘里除尘器中的运动状态，本文对液 滴模型做了适当的假设与简化: ( 1) 假设从水管缝隙中喷射出来的是具有一定直 径的液滴; ( 2) 假设液滴为惰性球体，并不考虑液滴间的破 碎及合并． 由于液滴的密度远大于空气密度，且除尘器内温 度基本恒定，因此液滴所受的附加质量力、热泳力以及 布朗力可以忽略． 由此可简化单位质量液滴在空气中 的运动方程为: dUP dt = g + Fb + Fd + Fp ． ( 6) 对于球状液滴，其单位质量液滴的浮力 Fb、绕流 阻力 Fd 和压力梯度力 Fp 的计算公式如下: Fd = 18μ ρP d2 P CdＲeP 24 ( Uf － UP ) ， ( 7) Fb = － ρ ρP g， ( 8) Fp = － 1 ρP Δ pf ． ( 9) 式中，Uf 为空气流动速度矢量; UP 为液滴速度矢量; μ 为空气动力黏度; ρ 为空气密度; ρP 为液滴密度; dp 为 液滴直径; pf 为空气压力; 颗粒雷诺数 Ｒep 的定义和绕 流阻力系数 Cd 计算公式分别如下: ＲeP = ρdP | UP － Uf | μ ， ( 10) Cd = a1 + a2 Ｒe + a3 Ｒe． ( 11) 其中，a1、a2、a3 为常数． 在文丘里除尘器中，气流激发液滴直径 dP 的半经 验公式［14］如下: dP = 4. 22 × 10 － 2 + 5. 77 × 10 － 3 ( 1000Ql /Qg ) 1. 932 v0 ． ( 12) 式中: v0 为通过文丘里棒层时气流速度，m·s － 1 ; Ql 为 文丘里棒层喷出的水量，L·s － 1 ; Qg 为风量，m3 ·s － 1 ． 2. 3 网格划分与边界条件 棒式文丘里除尘器主要由文丘里棒层、下筒体、上 筒体和径向直叶片风机组成，为了研究方便，本文建立 了文丘里棒层与下筒体、上筒体和风机三个物理模型， 分别对其阻力特性进行分析研究． 采用混合网格技术对这三个物理模型进行网格划 分，如图 2 所示． 文丘里棒层与下筒体和上筒体的出、 入口分别设定为速度进口和 outflow 出口，风机的出、 入口分别设定为压力进口和压力出口; 壁面均为标准 壁面边界; 文丘里棒上的注射缝隙为面注射，液滴从此 处进入除尘器; 考虑到实际情况中，液滴碰到壁面后会 附着在壁面之上，并由于离心作用，很难再回到空气之 中，故假定液滴接触壁面时将完全被壁面吸附，终止液 滴轨迹的计算． 图 2 棒式文丘里除尘器网格划分 Fig． 2 Computation grid used for the stick venturi scrubber model 3 结果与讨论 利用 CFD 技术，分别对文丘里棒层与下筒体、上 筒体和风机 3 个模型进行数值模拟． 通过对数值模拟 结果的分析，分别获得了各部分的阻力特性，并由此建 立了棒式文丘里的阻力特性模型． 3. 1 文丘里棒层与下筒体两相流场分布 文丘里棒间距、液气比、风量是影响除尘器内压力 损失的 3 个关键因素，改变不同的参数如表 1 所示，对 其进行数值模拟分析． 图 3 为文丘里棒间距 s = 25 mm，棒个数 x 为4，棒直径 d = 24 mm，风量 Qg = 900 m3 · h － 1，液气比 L = 0. 1 L·m － 3条件下，文丘里棒层与下筒 体内气液两相流各截面液滴质量浓度的分布图． 从图 3 可以看出，在文丘里棒层至下筒体入口段， · 154 ·