动力波洗涤器压力损失数值模拟研究

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1、动力波洗涤器压力损失数值模拟研究动力波洗涤器压力损失数值模拟研究曾华星,等动力波洗涤器压力损失数值模拟研究曾华星,齐关富,李国莲(南昌大学环境科学与工程学院,南昌330029)摘要:通过借助有的多_卡H流理论和数学理论对理想化后洗涤器中的多相流建立模型方程,利用经验公式及试验结果,进行数值模拟,将偏微分方程组封闭借助计算机软件强大的计算能力,应用有限元法和压力速度校正等方法求解多元方程组.使得模拟计算值与实测值压力损失值产生的相对误差较小,两者吻合得较好.故模型对于复杂的多相流流动,输运方程的解收敛性很好,其精度相对其它模型要岛.关键词:洗涤器;数

2、值模拟;『土力损失中图分类号:X169文献标识码:A文章编号:】003—65(14(2006)02-0027—03动力波洗涤器是一种湿法净化废气的装置.它是在一定的液气比范围内,进行高速的气液两相流碰撞,当气液两相的动量平衡时,产生一层浮在洗涤器内部的泡沫层,利用此泡沫来实现高效的传质传热过程_J】.然而对于动力波洗涤器机理的数值模拟研究相对比较少,故本文通过模拟装置,建立数学模型,进行数值模拟,并与试验数据进行对比研究其模拟效果.1模型说明本模型拟采用欧拉多相流模型,此模型可以模拟多相分离流及相间的相互作用,还可以对各相进行单独的汁算,每相都有单

3、独的守恒方程,具有很大的适应性.对于复杂的多相流流动,输运方程的解的数量会由于收敛而受到限制,故其精度相对其它模型要高,但缺点是对计算机的内存要求高.模型假设:假设气流中颗粒的体积含量<UIO00,烟流动为稳态定常流;整个洗涤塔均为绝热,对流及换热仪在烟气与洗涤液之间进行;假设气液两相动量平衡时,液膜向上运动的速度为零,气体通过液膜层时,形成泡沫,泡沫大小类比于筛板塔大小,且气泡在向壁面运动过程中一旦破裂,立即中止气液两相间的传质,传热的计算;忽略同体颗粒物及喷嘴对气流传热及对流的影响.2动力波洗涤器试验2.1试验流程试验粉尘通过振动加料器加

4、料,分散气泵使粉尘以分布均匀的气溶胶状进入旋风分离器,经过初级除尘后,借助离心机的动力,气溶胶进入动力波洗涤器,在洗涤柱内自上而下作高速运动,与相反方向喷入的洗涤液进行接触,混合,再进入水槽内进行气液两相分离,洗涤后的气体从出口管排出放空(见图1).作者简介:曾华星(1979一),蜀,渎硕f:,研究方向为大气污染控制工程,(电子信箱)www.tianjie@china.com.ell)1电磁振动加料器2粉体分散气泵3初级旋风分离器4鼓风机5动力波洗涤器6水泵图1动力波洗涤器试验流程图靠近液面的洗涤液由于含尘浓度低,故将其用水泵喷成雾状打入动力波洗涤

5、柱进行循环洗涤,高速打入的洗涤液与气相相碰撞,形成一个稳定的湍动的"泡沫层",浮于柱的上部,并保持在恰当位置嘲(见图2).陶2动力波洗涤器气液接触图2.2试验测定表1洗涤器在不同情况下的压降实测值模型主要考虑该设备的处理风量,设备阻力,耗水量,确定影响设备压降的重要因素等.由于试验装置?27?I

6、【诧尉敢第29卷第2期2006年2月尺寸较小,所以采用三维模拟对试验装置即动力波洗涤器进行模拟试验,在不同的气液速度下共测试了12组试验数据,见表l.3理论模型模型采用数值模拟,也称计算机模拟,模型计算软件借助FLUENT及MATLAB,通过有限元法,有限

7、差分等方法,来求解多元非线性偏微分方程组.基于模型假设,分别建立r以下方程:质量守恒方程:V(axp=f(1)为烟气或洗涤液的速度时均量,rh表示烟气和洗涤液相问的质量传递;_表示烟气或洗涤液在动力洗涤器内的单个控制体内的体积分数;为烟气或洗涤液的密度.动量守恒方程:熹+V(m=—%Vp+V亍++0【+)一V(OL.p册(2)是洗涤液梯度流场作用于气泡的升力;是虚拟质量力;是气液相之间的相互作用力;p为洗涤器内的气压;v'表示气相或液相速度的脉动量.能量守恒方程:0(JD)+V?【(+p)】=V'(V?n丁'+(3)为有效导热系数;岛为湍动导热系数

8、;是总能量;T为烟气温度;h是烟气的焓.本模拟中由于不考虑化学反应及外界的热传导对模型的影响,故0.湍动能及耗散方程:本模拟采用每相絮流模型方程:熹(%)+q(a=p=k)=V些O"hVk)+(%Gh一axp￡)+(cdq—Ct一刊.VO/l+'V(4)仪'每相湍流耗散模型方程:(吼)+V)=V?V)+(G—olUkCxp8c35表示湍动粘度;表示湍动能;耗散能;Gk湍动能的生成项;表示应力张量模数;为方程参数项;代表液相或气相;其中G.由于本模拟不考虑烟气与洗涤液间的质量传递,故对于(1)中的砌应满足砌,=rhg=0;洗涤器内的烟气流是多相流,其

9、雷诺数大于12000,模拟中的气流将以絮流的形式出现,为使(2)中的方程封闭,对于相间的作用力,,,必须通过某些经验公式或