旋转流改变圆管内颗粒浓度场分布的理论分析论文

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1、旋转流改变圆管内颗粒浓度场分布的理论分析论文摘要测试了圆管内旋转流的流场分布，在此基础上计算分析了颗粒在旋转流场中的径向运动轨迹，得到流动输运方向上含尘气流深度场分布的改变。给出旋转流对颗粒的预分离基本发生在旋转流入口后3倍管径长度上。关键词旋转流颗粒运动轨迹浓度场改变1前言固体颗粒进入旋转流场后主要受到惯性离心力和空气阻力的作用，大一些的颗粒被甩向边壁，小一些的颗粒则被流体带向下游。在这个运动过程中，旋转流流场的不同轴向位置上颗粒相的浓度将发生变化。一般认为颗粒进入管道边壁附近的某个区域后，不再发生径向位移，即滞留在了颗粒层里.freel/s；m颗粒质量，kg；ρp为颗粒真密

2、度，kg/m3；A颗粒投影面积，m2；Urp0颗粒径向速度的初值，m/s。为颗粒运动的松弛时间，s；μ气体黏性系数，Pa·S。考虑颗粒沉降时已达到沉降速度，即。就有在旋转流场Ut、Ur已知的条件下，就可得出任意时刻任意位置颗粒的径向运动速度Urp。3颗粒分离模型的建立根据本人测试1旋转流自起旋器出口截面绕圆管轴旋转180°，即旋转了半圈时，轴向的运动距离约为1.3倍管径长度（400mm）。将这段圆管沿轴向展，如图2所示。气流运动的迹线为线段OM，长度、时间分别为作为分析颗粒在旋转气作用下沿径向的位移，将轴向Z=0～400mm管段等距离划分，单元尺寸为20mm。切向起旋器进口径向

3、宽度为54mm，假定颗粒群在起旋器出口截面半径150～100mm上均匀分布，以不同半径（网格r0(n)={100,间距5，150}mm，n=1，11）上颗粒运动计算颗粒运动轨迹。当颗粒运动到（z(m),r(n)）位置后，在气流速度Ut(m,.freel,n)、Ur(m,n)的作用下，有颗粒径向速度颗粒自网格点(m,n)运动到下一个网格点(m+1,n)时沿管壁运动的距离为L=L0·20/400=0.05L0，运动时间为：所以在Δt时间内，颗粒沿径向的运动距离为即颗粒将运动到网格点（z(m+1),r(n)+Δr(m,n)）处，由此可以确定颗粒运动轨迹。4颗粒运动轨迹及浓度分布分析取

4、颗粒的直径范围15～30μm，颗粒浓度C0；粒度分布为正态分布，分散度dc50=20μm，σ=6μm。计算用颗粒群的粒径分为7种：5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm。4．1颗粒运动轨迹的计算不同结构旋转起旋器，90°起旋器、270°起旋器和双进口起旋器产生的流场内颗粒运动轨迹如图3、图4、图5。图390°起旋器流场中颗粒运动轨迹图4270°起旋器流场中颗粒运动轨迹图5双进口起旋器流场中颗粒运动轨迹由图可知，在90°起旋器中，小于10μm颗粒的切向进入管道后，一部分开始向轴心偏离，即混入轴心区气流中被带走；其他颗粒进入管道后均能被离心力甩到边壁处堆

5、积起来。15μm的颗粒运动到边壁所走路程最长，轴向距离达到0.75D。在270°起旋器中，一部分小于15μm的颗粒在切向进入管道后开始向轴心偏离。双进口起旋器的流场中，发生轴心偏离的颗粒尺寸小于90°起旋器；且15μm颗粒运动到边壁的轴向距离大于90°起旋器。即对同样分布的颗粒群来说，90°起旋器的分离效果显著，又进口起旋器次之。4．2旋转流场中颗粒浓度的分布假定在Z=0处，颗粒群均匀分布，浓度为C0，则根据颗粒正态分布的频率计算公式2可以得到各粒级的质量百分比浓度，见表1。颗粒分布频率表表1粒径（μm）5101520253035百分比浓度0.29%1.66%4.7%6.65%

6、4.7%1.66%0.29%在不同的径向位置上，根据颗粒运动轨迹图网格点上不同粒级颗粒权重不同，得到浓度变化曲线。如图6所示，各图中数据线的单位颗粒群的初始浓度C0。图6不同起旋器流场内的颗粒浓度分布（a）90°起旋器；（b）270°起旋器；（c）双进口起旋器5结论在Z=100m范围内，各粒级颗粒得到了很大程度的分离，浓度场发生了变化。边壁处的颗粒浓度急剧增加内侧颗粒在流场的作用下向轴心区域扩散。在3倍管径长度后，颗粒在管壁处的堆积基本上不再发生变化，而小颗粒向轴心区的扩散仍在增加。因此，旋转流的预分离管段不必很长，可取3倍管径的长度。