气垫防磨叶栅内气体流动特性的实验研究

　　1　前言

　　几十年来,尽管提高含尘风机耐磨性能的方法不断增多,但大多数是局部的和被动的[2~4]。本文从空气动力学的角度提出了风机“气垫防磨”理论。所谓“气垫叶片”就是在叶片表面开有一定数量、大小和倾斜角度不一的缝隙,压缩气体从这些缝隙中以射流的形式喷出,被紧贴壁面的横向主气流吹斜并与之相混合,在壁面附近形成气垫薄层,从而通过改善叶片周围的气流条件来降低粒子与叶片撞击的几率和粒子冲击叶片的速度,以达到从根本上解决含尘风机的磨损问题。我们定义射流轴线(即射流各断面上最大速度点的连线)为“气垫”的外边界[5]。本问题的物理模型如图1所示,其中AB是横流(来流)的进口边界,速度为u;BC是叶片壁面(射流的进口),速度为v;CD是出口边界;AD是对称边界

　　2　实验系统

　　实验装置如图2所示,包括流动系统、给粉系统、颗粒收集系统和射流发生系统四部分。实验过程中只启动流动系统和射流发生系统。流动系统由风机、小型直流式风洞、实验段和排气段组成。射流发生系统是由空气压缩机、空气过滤器、压力调节器和一定的管路组成的。实验段为220×320×430mm的矩形有机玻璃方筒,在实验段中部固定一个完整的叶片,上下两个表面分别固定了半个叶片。新型空心翼型叶片的表面开有一定数量、大小和角度不一的缝隙,它的材料是5mm厚的有机玻璃板,其侧向一面为完全封闭的,另一面开口,并与空气过滤器、压力调节器和空气压缩段相连,实验过程中开启空气压缩机,压缩气流通过叶片表面的缝隙在与主气流的作用下就形成了“气垫”。

　　新型空心翼型叶片的设计参数如表1所示。其中x为距机翼头部的水平距离;L为机翼弦长;Dmax为机翼最大厚度;D为任一断面的机翼厚度。　　

　　实验用设备和仪表有:离心式风机(带电机,最大流量为3992m3/h);空气压缩机(额定排气量为0·9m3/min);TSI IFA300型热膜风速仪;ISI 1128-C型速度校正仪;220CD-01000A2B型压力传感器;三维可调滑动坐标架;TSI LMOSS10B-3/4型压力调节器;酒精温度计等。

　　实验是在主气流入口平均流速U=9·637m/s、入口雷诺数1·73×105的条件下进行的,来流为充分发展的均匀湍流流动,水平方向,流动介质为空气。实验中所选择测量点的横坐标为数值计算中所划分网格节点处,纵坐标的选取与数值计算有所区别,在近壁区内纵坐标为原节点的n/2处,这样更有利于观察近壁区内的速度变化。实验中测点的横坐标为水平方向,纵坐标在与叶片型线平行的方向上。