袋式除尘器气流组织的数值模拟分析

　　袋式除尘器由于气流不均，易造成箱体内某个位置的布袋或某条布袋的某个位置破损，如不及时处理，该区域的气流流动阻力将会变低，导致滤袋更大区域的破损。为研究袋式除尘器滤袋失效机理，进一步指导除尘器的设计、运行和改进，本文对袋式除尘器某工程实际运行条件下的内部气流进行了数值模拟。该工程的电除尘器改造为袋式除尘器后，经过近3年的使用，布袋出现破损，破损位置在进风口的前3排的整条布袋、每条布袋袋口下0.20～0.50m之间的部位。本文主要采用CFD数值模拟方法分析布袋破损原因。

　　1 CFD数值模拟计算方法

　　袋式除尘器箱体内部流场是复杂的三维流场，采用的控制方程有：连续性方程和动量方程，湍流模型选用标准 k - e 双方程模型，包括湍动能 k 方程和耗散率 e 方程。假定流体作定常流动，流体的各项运动参数与时间无关,整个模拟过程为等温过程，流体是不可压缩的。

　　1.1 建立物理模型(见图1)

　　建立的除尘器过滤单元有176×2条布袋，布置方式为8排22×2列，迎风面8条布袋，单条布袋尺寸ф160×6500(mm)，布袋距边壁箱体距离0.40m，袋底距灰斗2.70m，过滤风量是6667m3/h，设计的过滤风速为0.96m/min，进风口的尺寸为0.90×2.20(m)，进风口距过滤室4.5m。将模型设置成轴对称图形，滤料材质采用HBT-2梯度滤料。

　　1.2 模型的边界条件和初始条件

　　流体采用160℃时的空气，密度为0.815kg/m3，动力粘性系数2.45×10-5Pas，除尘器进口管道断面采用速度进口边界条件，假定进风口的速度均匀，则入口速度是9.35m/s。出口管道断面采用压力出口边界条件，滤袋采用多孔跳跃边界条件，该边界条件主要是用于模拟已知速度或者压降特征的薄膜，其本质上是单元区域的多孔介质模型的简化。

　　(1)进出口边界的湍流参数

　　在入口和出口边界流域的流动，需要指定输运标量的值。在湍流指定方法(Turbulence SpecificationMethod)中选择Intensity and Hydraulic Diameter以设定湍流强度(Turbulence Intensity)和水力直径φ(Hydraulic Diameter)

　　式中:Re为雷诺数;中为水力直径，m.

　　(2)多孑匕介质边界条件

　　薄膜介质是具有有限厚度的，通过它的压力变化定义为达西(Darcy)定律和附加内部损失项的结合:

　　中：μ为层流流体粘性，Pas;C2为压力跳跃系数，ν是垂直于介质表面的速度分量，m/s; 为薄膜的厚度，m。

　　2 模拟结果与分析

　　2.1 箱体内流场的基本特征

　　图2、图3、图4是计算流体软件CFD计算出的结果，左侧为颜色表，每种颜色代表一个流体速度区间，速度是从下而上依次递增，模型中的颜色与左侧的颜色表相对应，其颜色分布即表示左侧颜色所代表的速度分布。