静电旋风分离器流场的实验研究

    1　引言

    常规旋风分离器内的流场是三维流动场,流动规律比较复杂,如果在旋风分离器内的特定位置上安装电晕极,可构成静电旋风分离器,电晕极必然会对旋风分离器的的流场产生影响。静电旋风分离器是靠离心力和电场力的共同作用而产生分离作用的,为了进一步研究静电旋风分离器的分离机理,找出电晕极的最佳安装位置,使电晕极与旋风分离器能够合理匹配,充分发挥离心力和电场力的综合分离作用,提高分离效率,就必须弄清楚静电旋风分离器内的三维速度分布。

    2　实验装置

    实验用旋风分离器为长筒体,在芯管上安装电晕极(尺寸如图1所示),入口尺寸为270mm×110mm,排灰口直径为116mm。电晕极用15根4mm的钢筋制成,在钢筋上焊接2~3mm长的细钢丝形成芒刺。

    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26m/s。

　　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16个测定断面(两断面间高度差为100mm),从下往上依次编号为1~16,每个断面按4个方位(0°、90°、180°和270°)测量,断面划分如图1所示。测量时,每隔10mm布置一测点。由于断面13~16处中心有排气芯管(其直径为200mm),故测点是从r=110mm开始的。断面1~3处有固定探针用的三维坐标架基座过高,无法测量,故从断面4开始测量。由于电晕极的外形尺寸与分离器外形尺寸相似(见图1),其直径与排气芯管直径相同,为200mm,在分离器锥体部分,电晕极比较密集,有的地方五孔探针无法插入,测点适当减少。另外,由于电晕极对筒体内流场的扰动,除了断面12~16能够测得较多数据外,其它断面在半径的1/2~1/3处均无法读取数据(4、5孔的压力无法调到平衡),分析认为该位置气流较为紊乱,使4、5孔无法保持压力平衡。

    3　实验结果及分析

    为了研究电晕极安装前后旋风分离器内三维速度分布的变化规律,分别对常规旋风分离器和静电旋风分离器在相同的入口流速(26m/s)下进行了流场测试。对常规旋风分离器而言,所得切向速度分布的实验结果与柳绮年等学者用五孔探针对筒体直径为400mm切向进口的旋风分离器在室温下的流场测试所得结果基本相同[1],即切向流动呈双涡旋结构,外涡旋近似呈准自由涡流动,内涡旋近似呈准强制涡流动,内外涡旋交界面上切向速度量值最大。但对静电旋风分离器,由于电晕极的影响,其三维速度分布规律有较大改变,尤其在电晕极的附近,三维速度分布与常规旋风分离器相比有较大波动。90°~270°方位各断面切向速度和轴向速度分布如图2所示,90°~270°方位径向速度与静压分布如图3所示,各图中右侧的编号为测试断面号,0°~180°方位的各测试结果与90°~270°方位的各测试结果基本相同。