旋风分离器内断面流量的实验研究

　　旋风分离器内的断面流量即不同高度断面上的过流量,对上行流来讲为上升流量,对下行流来讲为下降流量,上升流量和下降流量在忽略漏风因素时是应该相等的.为简单起见,将断面上的过流量简称为下降流量.下降流量是旋风分离器一个很重要的性能指标,因为它直接关系着含尘空气在分离器内停留时间的长短,停留时间越长,含尘空气旋转的圈数越多,粉尘被分离的可能性也就越大.所以,下降流量的大小,一般情况下预示着分离效率的高低.因此,研究旋风分离器内沿高度下降流量的分布规律及如何增加断面上的下降流量,是很有实际意义的.

　　1 实验模型及上、下行流区过流量的平衡计算

　　实验模型为筒体直径D =340mm的Stairmand高效型旋风分离器,实验中控制系统处理风量L=0.2317m3/s,测量断面的划分见图1.

　　每一断面处,无论是上行流区的上升流量,还是下行流区的下降流量均可通过轴向速度对流面积的积分求得.因此,过流量的计算关键是确定轴向速度分布的数学表达式.以断面1为例,实验所得四方位轴向速度分布的测量计算结果如下表所示.

　　对上表中轴向速度分布进行四方位平均,结果如图2中散点所示,将轴向速度相对半径分布的平均数据进行多项式拟合,得分布表达式为

　　(1)

　　将该表达式计算结果一并绘入图2,如实线所示.

　　因此,从图2可知上升流量

　　下降流量

　　将式(1)代入式(2)和式(3)得上、下行流区过流量分别为

　　虽然根据质量守恒定律,上、下行流区过流量应该相等,但从上述计算结果可见,由于实验过程中存在的误差以及公式拟合时的误差,积分所得的上、下行流区过流量并不相同,其差别的大小反映了误差的大小.此时上、下行流区过流量的相对误差：

　　由于该相对误差不大,说明了实验结果的准确性.以后将上、下行流区过流量的平均值差.

　　做为该断面的下降流量.

　　2 断面1以上短路流量的验算

　　从上述上、下行流区过流量的计算已经知道,断面1处的下降流量为0.1767m³/s.因此时旋风分离器的处理流量为0.2317m3/s.所以,其差值0.055m3/s便是断面1以上从下行流区向心流入上行流区的空气流量.这部分流量占分离器处理风量的23.7%.

　　在分离器排气芯管入口断面0至断面1仅30mm的高度范围(占分离器总高度1360mm的2.2%)内,就有占总处理风量23.7%的空气进入上行流而被排出分离器,这无疑说明在分离器入口和排气芯管入口附近存在很大的短路流量(下文中将断面1以上部分进入上行流区的流量统称为短路流量).尽管这部分含尘空气并不是象管流那样直接从分离器入口流到排气芯管入口,要经过一定角度的旋转运动,但可想而知,含尘空气在分离器内这样短的停留时间,不可能给粉尘提供足够的分离能力.因此,作者认为,旋风分离器入口附近很大的短路流量是限制分离效率提高的一个主要因素.设法减少这部分短路流量,将是提高旋风分离器效率的一个研究方向.