被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟
波纹板除雾器两相流动的数值模拟与分析
Abstract : The computational fluid dynamics ( CFD) met hod is used to simulate numerically t he two p hase flow of gas and liquid in a demister wit h corrugated baffle. The demisting efficiency and pressure drop under various droplet diameters , gas velocities and plate spacings are provided. The effect s of main design parameters on t he demisting efficiency and pressure drop are analyzed. The simulation also shows t he t racks of droplet s , and t he detailed dist ributions of pressure , velocity , vortex and droplet concent ration , which are inst ructional to t he optimal design of demister. The st udy indicates t hat CFD met hod can be employed as an effective means in demister design.
对于离散相 (液滴相) 运用拉格朗日方法对各个
颗粒方程进行积分求解 ,计算出颗粒的运动轨迹.
直角坐标系下的颗粒受力微分方程为[5 ]
Fluent雾化喷嘴数值仿真研究
F l u e n t雾化喷嘴数值仿真研究This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020Fluent雾化喷嘴数值仿真研究FLUENT 提供五种雾化模型：平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)压力－旋流雾化(pressure-swirl atomizer)转杯雾化模型(flat-fan atomizer)气体辅助雾化(air-blast/air-assisted atomizer)气泡雾化(effervescent/flashing atomizer)所有的模型都是用喷嘴的物理及尺寸参数（例如喷口直径、质量流率）来计算初始颗粒尺寸、速度、位置。
对于实际的喷嘴模拟来说，无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机分布的。
但对FLUENT 的非雾化喷射入口来说，液滴都是在初始时刻以一个固定的轨道喷射出去（到流场中去）。
喷雾模型中使用随机选择模型得到液滴的随机分布。
随机选择轨道表明初始液滴的喷射方向是随机的。
所有的喷嘴模型中都要设第初始喷射角（范围），颗粒通过随机的方法在这个范围内得到一个初始喷射方向。
这种方法提高了由喷射占主导地位流动的计算精度。
在喷嘴附近，液滴在计算网格内的分布趋向于更加均匀，这样，通过气相作用于液滴上的曳力就加强了气相－液滴之间的耦合作用。
平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)模型平口喷嘴是最常见也是最简单的一种雾化器。
但对于其内部与外部的流动机制却很复杂。
液体在喷嘴内部得到加速，然后喷出，形成液滴。
这个看似简单的过程实际却及其复杂。
平口喷嘴可分为三个不同的工作区：单相区、空穴区、以及回流区（flipped。
不同工作区的转变是个突然的过程，并且产生截然不同的喷雾状态。
喷嘴内部区域决定了流体在喷嘴处的速度、初始颗粒尺寸、以及液滴分散角。
液体火箭发动机喷雾液滴内部流动及传热数值模拟
Ａ ｂ ｔ ａｃ ：Ｉ ｔ ｒ ｌｒ ｃ ｒ ｕｌｔｏ ｓ ｆ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｕｉ ｒ ｃ ｔｓ ｒ ｏｐｌｔｂｅ ａ ｅ ｏｆｔ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｔ ｎｇ ｔｓｒ ｓ ，ｗｈｉ ｈ ｓ ｒ ｔ ｎ ｅ ｎａ ｅ ｉｃ ａ ｉ ｎ ｉ ｏｒ ｄ ｉ ｈｅ ｌｑ ｄ ｏ ｋｅ ｐ ａｙ ｄｒ ｅ ｃ ｕｓ ｈ ｕ ｆ ｃ ａ ｅｎ ｔｅ ｓ ｃ ｗ ｏｕ ｄ ｎｆｕ ｎｃ ｔ ｉ ｅｒ ａ ｈｅ ｔ ｒ ｎ ｆ ｒ ｆ ｄｒ ｌ ｔ ｒ ａ ｌ， ａ ｄ ｈ ｈｅ ｐ ａ ｅｖ ｐｏ ａｉ ｄ ｏｍ ｂｕ ｔｏｎ ｐｒ ｅ ｒ ｌ ｉ ｌ ｅ ｅ ｈｅ ｎｔ ｎ ｌ ａ ｔａ ｓ ｅ ｏ ｏｐ ｅ ｇ ｅ ｔｙ ｎ ｔ ｅｎ ｔ ｓ ｒ ｙ ａ ｒ ｔｏｎ ａｎ ｃ ｓｉ ｏｃ ｄｕ ｅ．Ａ
ｓ ｏ ｈ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅ ｃ ｒｅ ｔｏ ｏ － ｔ ｇ ｅ ｅ Ｓ Ｍ Ｐ Ｅ ｌ ｏ ｉ ｍ ｓ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｉ ｔ ｔ ｅ ｃ ｒ ｉｉ ｅ ｒ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔｓ ｌ ｎ ｔ ｍｏ ｔ ｉ ｇ ｐ ｅ ｓ ｒ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｎ ｎ ｓａ ｇ ｒ ｄ Ｉ Ｌ ａｇ ｒｔ ｈ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｎ ｏ ｈ ｕ ｖ ｌ ａ ｏ ｒ ｉ ａ ｅ ａｏ ｇ ｗｉ ｎ ｈ
２ １ 年 第 ２期 ０１ 总第 ３ ２ １ 期
文 章编 号 ： １０ ． １ ２２ １ ） ２０ ３ ．５ ０ ４ ７ ８ （ ０ １ｏ ．０ ８０
汽车空调系统除雾性能数值模拟
汽车空调除雾性能数值模拟于剑泽1李飞2乔鑫3孔繁华4（华晨汽车工程研究院，沈阳 110141）摘要：汽车空调除雾性能对汽车的安全性至关重要。
本文通过STAR-CCM+中的稳态计算来预测汽车空调的除雾性能，用瞬态分析模拟雾层消除过程，考察当前风道的除雾效果。
通过与国标要求进行对比，为汽车除雾系统性能的模拟工程提供了参考。
关键词：计算流体力学（CFD）、空调系统、除雾分析、STAR CCM+Numerical Simulation for Automotive HV AC Defogging PerformanceJianze Yu1 Fei Li2 Xin Qiao3 Fanhua Kong4Brilliance Automotive Engineering Research InstituteAbstract：The defogging performance of automotive HVAC is very important for driving and traffic safety. The performance of defogging is evaluated by using steady simulation in STAR-CCM+，implicit unsteady simulation is used to research the contours of fog layer thickness fraction on windshield, to study the effect of defogging with current duct. Which is evaluated by referring to national standards (GB 11556-1994)，this article provides a reference to the simulation on the defog performance of automotiveKeywords:Computational fluid dynamic (CFD),HV AC system, defogging, STAR CCM+0前言汽车在雨雪天气行驶时，空气的湿度较高，空气中的水蒸气遇到冷的玻璃很容易在其表面形成雾水，从而影响严重遮挡驾驶员的视线，对安全行车十分不利。
利用数值模拟方法分析静电-旋流耦合除雾器的分离性能
利用数值模拟方法分析静电-旋流耦合除雾器的 分离性能
袁惠新1，2，*，姜水林1，2，付双成1，2，周发戚1，2，朱星茼1，2
1. 常州大学机械工程学院，常州 213000 2. 江苏省绿色过程装备重点实验室，常州 213164
第一作者：袁惠新 (1957—)，男，博士，教授。研究方向：多相流与机械分离净化技术与设备。 E-mail：yuanhuixin2000@ *通信作者
()
∇ j = ∇ jp + ji = 0
(5)
式中：j 为总电流密度，A·m−2； jp为带电尘粒电流密度，A·m−2； ji为离子电流密度，A·m−2。
假设电晕放电稳定，电流连续性方程见式 (6)。联立式 (4) 和式 (6) 求解电场强度分布。而 Fluent
折板除雾器数值模拟
摘要：利用流体力学计算方法和商用模拟软件，对湿法烟气脱硫中折板型除雾器内气液两相流流场进行数值实验，得到了不同结构下烟气的流动规律和液滴运动轨迹。
通过调节参数，计算了多种除雾器结构（除雾器板间距，除雾器转折角）和工况（气体流速，液滴直径）下的除雾器分离效率；分析了各参数对除雾器分离效率的影响，得出了一般情况下除雾器分离规律。
在此基础上提出了高效除雾器的叶片结构参数，可望应用于湿式烟气脱硫系统除雾器的设计。
关键词：除雾器；数值模拟；湿法烟气脱硫；分离效率ABSTRACT：Experimental study on flue gas desulfurization .The computational fluid dynamics (CFD) method was used to simulate numerically the two phase flow of gas and liquid in demister with serrated baffles in wet flue gas desulfurization (WFGD) system. By calculating the separation efficiencies of various demisters with different structural parameters (plate spacing and turning angle) and varying operational parameters (gas flow rate and droplet size), their effect on efficiency has been analyzed, and herewith a general rule for separation efficiency obtained, also an efficient combination of parameters on structure of the demister is suggested, directly applicable for designing demisters in WFGD.Keywords: demister; numerical simulations; wet flue gas desulfurization; numerical calculation1 前言湿式烟气脱硫工艺是目前世界上应用最广泛、技术最成熟的湿法烟气脱硫技术[1-2]。
高效离心式气液分离器模拟实验
２ 实验分析
２ １ １透 明样机 ．
图２ １ 为 样机溢流和底流压力降随人 口液体流 结构 ，有 待 于进一 步地 改进 。
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关键 词 ：模拟 实验 ；气 液分 离 ；数值 分析 ；压 力 ；流量
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近年 来 ，离 心式气 液 分离 技术 已成 为 国 内外 争 量 的变 化 曲线 。 由图 ２ 知 ，随 着流 量 的增 加 ，溢 可 相研 究 的热点 。相 比于常 规 的重力 分离 设备 ，离心 流 和底 流压 降都增 大 。 式分 离 器有着 体 积小 ，占地少 ，处 理周 期短 ，分离 效率 高 等特 点 。在东 北石 油 大学开 展 的离 心式 气液 分离 器 样机模 拟 实验 研究 ，对 分离 器 的结 构优 化及 操作 具有 重要 的指导作 用 。
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图３ １样机底流气体流量随分流 比的变化
基 于上 述 实验 所 得 结 论 如下 ：① 当流 量 达 到
数值模拟技术在湿法脱硫除雾器优化设计上的应用
当液 滴直 径 ｄ一定 ， 气速 度 低 于 式 （ ） 算值 烟 ３计 时 ， 当烟气 速度一 定 ， 或 液滴 直 径大 于式 （ ） 算值 时 ， ４计 液滴 都不 会被 烟气 带走 ； 之 ， 会被 带走 。被 烟 气带 反 则
除雾 器本身 结构 （ 叶 片 间距 、 置 级 数 ） 如 布 和运 行 条 件
（ 烟气流 速 、 如 液滴 直径 ） 方 面 。本 文 针 对 中 国石 油 两 天然 气股份 有 限公 司某 热 电厂 ５ ０ ＭＷ 机 组湿 法 脱 硫
气流对 液滴 的吹托 力 Ｆ为 ：
Ｆ 一 ＋
对 除雾器 内多相 流流场进 行数 值模 拟计算 ， 分析 了各 参
数 对脱水率 的影 响 ， 出了提高脱 水率 的可 行性方案 。 提
一
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１ 折板 式 除雾 器 气 水 分 离 原 理
吸收塔 内微 细液滴 在 上升 的气 流 中主 要受 到气 流
（ ） １
式 中 ：－ 液 滴 密 度 ，ｋ ／ ； Ｐ为 ｇ ｍ。 ｇ为 当 地 重 力 加 速 度 ，
９ ８ ｓ。 ． １ｍ／ 。
还有 可能导 致整 个 机组 停机 。脱 水率 是考 核 除雾 器 性 能 的关 键指 标 。影 响 脱 水 率 的 因素 很 多 ， 般 可 分 为 一
式 中 ： 为饱 和 烟气 密度 ，ｋ ／ ； 阻 力 系数 ， 喷 ｇ ｍ。 为 对 淋 和 喷雾 ， 般 可取 ０ １ 一 ．。 上述 两力 应 平衡 ， 简后 可得 ： 化
装置 ， ］ 利用数值 模 拟技 术 研究 折板 式 除雾 器 ， 通过 改 变（ 烟气流 速 、 叶片 间距 、 置 级 数 、 滴 直径 等 ） 数 ， 布 液 参
内混式空气雾化碎裂过程实验及数值模拟研究
内混式空气雾化碎裂过程实验及数值模拟研究空气雾化过程是通过高速气流和液体间的相互作用,使得液体碎裂的更加彻底从而获得比单相喷射雾化更好的雾化效果,近年来在动力机械等众多领域得到了广泛的应用和推广。
由于内混式空气雾化喷嘴有着耗气量小、雾化性能好和不易堵塞等优点,所以在工业生产中有广泛应用。
本文通过实验和数值模拟相结合的方法,对空气雾化过程中一次雾化和二次雾化两个阶段的碎裂形式进行了研究。
整个研究以水和空气为雾化介质,分别在不同供水压力(0.3-0.4MPa)和供气压力(0.2-0.7MPa)下,对内混式空气雾化喷嘴内部流动过程、喷口出流状态、碎裂雾化过程及发展进行了分析研究,结果发现:(1)首先,本文利用实验方法对内混式空气雾化喷嘴的喷雾锥角、流量特性、液滴尺寸和分布等进行了研究。
结果发现供气压力、供液压力和ALR对雾化结果有重要影响,随着供气压力和ALR的增加液滴SMD逐渐减小,随着供液压力的增大液滴SMD逐渐增大。
液滴SMD随轴向距离的增加液滴尺寸先减小后增大,随径向距离的增加液滴SMD逐渐增大。
由液滴尺寸分布结果可以发现,随着供气压力的增加小液滴所占比例逐渐增大,随着供液压力的增加小液滴所占比例逐渐减小。
(2)对内混式空气雾化过程一次雾化阶段的研究,主要集中在液束碎裂形式的判断和初始液滴的形成过程。
根据喷嘴流量特性分析可知,在喷嘴出口处气液相互作用形成环状液膜,并且依此建立了适合于描述环状液膜碎裂的一次雾化计算模型。
由一次雾化计算结果可知,喷射条件对内混式空气雾化一次碎裂有着重要影响。
随着供气压力和ALR的增大,喷嘴出口处环状液膜厚度和初始液滴尺寸都逐渐减小。
随着液压的增大喷嘴出口处环状液膜厚度和初始液滴尺寸都逐渐增大。
(3)对内混式空气雾化过程二次雾化阶段的研究,主要集中在液滴碎裂形式和液滴沿喷雾场下游运动过程中液滴形态和尺寸的变化,并依此分析雾化过程中液滴的碎裂、碰撞和聚合等过程,得到较为准确的喷雾场下游雾化特性。
被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟
被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟作者：颜浩陈强安泽文张龙龙王翠苹来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2019年第03期摘要：针对脱硫塔后烟气中携带着大量水汽问题，本文采用数值模拟的方法，对除雾器内部流场流动及液体分布与团聚情况进行研究。
采用Solidworks软件，建立叶轮除雾器单元管的三维模型，对新型的被动式叶轮除雾器一个单元管的三维模型进行两相流数值模拟。
同时，为了更好地模拟实际流动，选用准确的湍流模型kε模型、群体平衡模型（population banlance model，PBM）和6DOF模型，并选择SAMPLE算法。
模拟结果表明，烟气经过除雾器时，叶片区域存在强烈湍流耗散，液滴被旋转气流抛向壁面，从而实现液滴团聚和气液分离;除雾器内对流体切向速度、液滴颗粒的团聚等作用都优于固定式叶片，且液滴粒径较小时更易团聚，除雾器单元管内除雾效率随流速增加而提高。
该研究为优化除雾器结构提供了理论依据。
关键词：被动旋转; 叶片除雾器; 液滴团聚; 数值模拟; 除雾效率中图分类号： X701; TB126; 文献标识码： A近年来，在电力行业中湿法烟气脱硫系统得到广泛应用，湿法脱硫可以有效的控制SO2等气态污染物排放，但是在脱除SO2的同时，烟气中会夹带大量饱和水汽，除少量从烟囱底部凝结排出，大部分液滴随烟气从烟囱顶部排出。
液滴的排放会造成其溶解携带的PM2.5等粒子污染物增加，同时液滴夹带是造成石膏雨的重要原因，所以脱除烟气中携带的细小液滴非常必要[17]。
目前，国内常用的电厂除雾设备主要有折流板型、离心式型及正在推广使用的湿式电除尘。
根据雾滴的碰撞和粘附等原理，携带液滴的烟气经过密集的折流板时，烟气在弯曲管道内流动产生的离心力使气液分离，液滴黏附在板面上形成很薄的液膜，经重力作用缓慢流到集液槽中，从而实现气液分离[810]，但是这种板式除雾器对小于5 μm，甚至更小的细雾无法有效地去除。
为保证除雾效率，对携带液滴烟气的速度有一定限制，当超过临界气速时，因为二次夹带使脱雾效率降低[1113]。
除雾器主要性能参数
除雾器性能参数1.主要性能参数(1) 除雾性能除雾性能可用除雾效率来表示。
除雾效率指除雾器在单位时间内捕集到的液滴质量与进入除雾器液滴质量的比值。
除雾效率是考核除雾器性能的关键指标。
影响除雾效率的因素很多，主要包括：烟气流速、通过除雾器断面气流分布的均匀性、叶片结构、叶片之间的距离及除雾器布置形式等。
对于脱硫工程，目前用于衡量除雾性能的参数主要是除雾后烟气中的雾滴含量。
一般要求，通过除雾器后雾滴含量一个冲洗周期内的平均值小于75mg/Nm3。
该处的雾滴是指雾滴粒径大于15μm的雾滴，烟气为标准干烟气。
其取样距离为离除雾器距离1-2m的范围内。
目前国内尚无脱硫系统除雾器性能测试标准,在除雾器出口烟道上用烟气采样仪采集烟气,记录采样时间,同步测量烟气流速、标准干烟气量、烟温、烟气含湿量、烟气含氧量等。
在除雾器出口,用带加热采样管和尘分离器的标准除尘设备对气体进行等速采样。
采样体积为5m3,采样后用超纯水对采样管和采样设备进行反复冲洗,洗液倒入250ml容量瓶中定容。
混匀后用EDTA法测定Mg2+含量。
用稀释的高氯酸和超纯水对采样后的微纤维过滤器进行反复冲洗,洗液用慢速厚型定性层析滤纸过滤到250ml容量瓶中,定容。
混匀后用EDTA法测定Mg2+含量。
另取1个新的微纤维过滤器作空白样。
用烟尘采样仪测定吸收塔进口烟尘浓度,然后计算除雾器出口液滴质量浓度。
(2)压力降压力降指烟气通过除雾器通道时所产生的压力损失，系统压力降越大，能耗就越高。
除雾系统压降的大小主要与烟气流速、叶片结构、叶片间距及烟气带水负荷等因素有关。
当除雾器叶片上结垢严重时系统压力降会明显提高，所以通过监测压力降的变化有助把握系统的状行状态，及时发现问题，并进行处理。
湿法脱硫系统除雾器的压力降一般要求小于200Pa。
2.除雾器的特性参数(1)除雾器临界分离粒径波形板除雾器利用液滴的惯性力进行分离，在一定的气流流速下，粒径大的液滴惯性力大，易于分离，当液滴粒径小到一定程度时，除雾器对液滴失去了分离能力。
新型组合式除雾器内部气液两相流场数值模拟
第36卷第12期电力科学与工程V ol. 36, No. 12 2020年12月Electric Power Science and Engineering Dec., 2020 doi: 10.3969/j.ISSN.1672-0792.2020.12.008新型组合式除雾器内部气液两相流场数值模拟方立军，秦箫珊，王亮（华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003）摘要：为了提高脱硫后烟气经过除雾器时的液滴捕集效率，采用CFD技术对组合除雾器内部流场进行数值模拟，分析了烟气流速、液滴粒径和除雾器板型对除雾效率和压降的影响。
结果表明折线型三通道除雾器压降最小，但除雾效果差，对于20 μm以下的液滴基本无法脱除；百叶三通道除雾器进出口压降最大，但对超细液滴具有优越的脱除效果；优化后的百叶除雾器大大提高了对5 μm液滴的捕集效率，为烟气脱白除雾结构设计提供了一定的理论指导。
关键词：组合除雾器；数值模拟；除雾效率；压降；结构优化中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1672-0792(2020)12-0051-07Numerical Simulation of Gas-liquid Two-phase Flow Field in aNew Type of Combined DemisterFANG Lijun, QIN Xiaoshan, WANG Liang(School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)Abstract:In order to improve the collection efficiency of droplets in the flue gas after desulfurization passing through the demister, CFD technology is used to simulate the internal flow field of the demister.The effects of flue gas velocity, droplet size and demister plate type on the mist removal efficiency and pressure drop are analyzed. The results show that the pressure drop of the zigzag three channel demister is the smallest, but the defogging effect is too poor, and the droplets below 20 μm cannot be removed at all.Although the inlet and outlet pressure drop of the louver three channel demister is the largest, it has a superior removal effect on ultra-fine droplets. The optimized louver demister greatly improves the collection efficiency of 5 μm droplets. It provides a theoretical guidance for the structural design of flue gas de-whitening and demisting.Key words: combined demister; numerical simulation; demister efficiency; pressure drop; structural optimization收稿日期：2020-09-24基金项目：河北省自然科学基金面上项目（2019502072）作者简介：方立军（1971—），男，副教授，主要从事大气污染物控制和洁净煤技术方面的研究；秦箫珊（1996—），女，硕士研究生，研究方向为燃煤电厂烟气脱白治理；王亮（1995—），男，硕士研究生，研究方向为循环流化床锅炉掺混污泥燃烧。
一种涡流除雾器的实验与数值模拟研究
一种涡流除雾器的实验与数值模拟研究朱凯;袁竹林【摘要】为了解决火电厂使用的折流板除雾器对小粒径雾滴脱除效果差的问题,提出一种新型的涡流除雾器,通过在除雾器中产生涡来使流场复杂,从而增加对小粒径雾滴的脱除效果.通过数值模拟方法研究涡流除雾器和折流板除雾器,并且通过实验对数值模拟进行验证.研究结果表明:当流速为3～7 m/s时,涡流除雾器的总除雾效率比折流板除雾器的总除雾效率大10.8％～29.8％;当流速为3～7 m/s时,涡流除雾器对于20μm雾滴的除雾效率便能达到90％以上;涡流除雾器对小粒径雾滴的脱除效果比折流板除雾器好,如当粒径为10μm时,涡流除雾器的效率比折流板除雾器大17.8％～18.2％;涡流除雾器的压降要比折流板除雾器大,当流速为3 m/s时,差值为193 Pa,而后差值随着流速的增大而增大.%Demisting efficiency of baffle plate demister for small droplets was low. To solve this problem, a new kind of demister, i.e. vortex, demister was proposed. The flow field of vortex demister was complicated because of vortexes, which will increase the removal efficiency of small droplets. Vortex demister and baffle plate demister were studied by numerical simulation. And some experiments were done to show the validity of the simulation. The results show that the demisting efficiency of vortex demister is 10.8％-29.8％ higher than that of baffle plate demister when the gas flow rate is between 3 and 7 m/s. The r emoval efficiency of 20 μm droplet of vortex demister is higher than 90％when the gas flow rate is between 3 and 7 m/s. And the removal efficiency of vortex demister is higher than that of baffle plate demister when droplets were small. For example, the removal efficiency of vortex demisteris 17.8％-18.2％ higher than that of baffle plate demister when the diameter of droplets is 10 μm. And the pressure drop of vortex demister is higher than that of baffle demister. When the gas flow rate is 3 m/s, the difference is 193 Pa, and the difference will increase with gas flow velocity increasing.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(049)001【总页数】9页(P22-30)【关键词】计算流体力学;数值模拟;气液两相流;涡流除雾器;除雾效率【作者】朱凯;袁竹林【作者单位】东南大学能源与环境学院,江苏南京,210096;东南大学能源与环境学院,江苏南京,210096【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1近年来，雾霾天气越来越严重，这主要是因为空气中存在大量的细颗粒物(PM2.5)。
湿法烟气脱硫喷淋塔内气液流场的数值模拟
ｕ‘ ｏ ｙ
＋ （ ） ＋ ｉ（ ａ （） Ｆ ｖ 一 ｄｖ ｄｗ） ＋
上式 中 Ｐ为静 压 ，ｘ Ｆ 为浆液滴对烟气 流场 的反作用力 。此动 Ｆ、 、 量方程就是著名 的纳维一斯托克斯（ａｉ － Ｓ ｋ ｓ Ｎ ｖ ｒ ＇ ｏｅ 方程。 ｅ ｔ ） 根据塔 内烟气 流动湍流实际情况 ， Ｆ Ｃ Ｄ中建立此方程来求 解烟气 的运动轨迹。 ２ 液滴运动控制方程 ． ２
２２１ 滴 颗 粒 运 动 方程 ．． 液 由于喷 淋液滴 的分散体积率 较小（ 远小于 １％）故采用拉格 朗 日 ０ ， 法 来 描 述 液 滴 的 运 动 较 为 精 确 ， 选 用 Ｄ Ｍ（ ｉ ｒｔ ｈ ｓ ｄｌ） 即 Ｐ Ｄｓ ｅｅ ａｅ ｃ Ｐ Ｍｏ ｅ 模 ｓ 型来跟踪液滴运动。吸收塔内的浆 液滴 受到诸 如重力 、 曳力 、 浮力等力 的 作 用 ， 文 主要 考虑 重 力 和 曳 力 对 液 滴 的作 用 。 本 根 据 液滴 在 烟气 流场 中 的受 力分 析 ，液 滴 颗 粒 的运 动方 程 可表 示 为 【 ３ 】 ：
捌趣出口
淋塔 内烟气流动过程进行了三维数值模拟和分析 ，得出了一些有益的 结论 ， 对喷淋塔的设 计和优化具有～定的指导作用。
２喷 淋 塔 内部 烟 气 流 场 数 学 模 型 的 建 立 ． ２１烟气流场控制方程 ．
将烟气视为连续相 ， 采用欧拉法对其进行描述 。 对于不可压缩烟气 流场 的连续控制方程可表示为 ：
旦 ＋ ＋旦Ｉｖ ＋型 ＝ 巳 ！ ＿ Ｐ ０
ａ ｔ ａ ｘ ａ ｘ ａ ｘ
横掇馘城
由高 斯 散 度 定 理 可 以 整理 成 以下 形 式 ：
除雾器通道内二维两相流场的数值模拟
除雾器通道内二维两相流场的数值模拟
郭鹏宇;杨震
【期刊名称】《电力科学与工程》
【年(卷),期】2005(000)002
【摘要】除雾器是WFGD系统内的重要设备之一,其性能对WFGD系统运行的可靠性有重要影响.文章采用雷诺应力湍流模型和拉格朗日多相流模型,对波纹板除雾器单通道内的流场进行了全面的计算流体力学(CFD)模拟.得出了除雾器通道内的速度场、压力场的分布情况、被捕集液滴的临界粒径与烟气流速的关系等.对除雾器的设计和运行具有一定的理论指导意义.
【总页数】3页(P31-33)
【作者】郭鹏宇;杨震
【作者单位】南京苏源电力工程有限公司,江苏,南京,210032;南京苏源电力工程有限公司,江苏,南京,210032
【正文语种】中文
【中图分类】TK22
【相关文献】
1.高炉鼓风脱湿系统除雾器挡板结构两相流场数值模拟 [J], 罗雨慧;谢建中;左可;桂其林;郁鸿凌
2.气液两相流液位调节器内部流场二维数值模拟 [J], 韩舒飞;陈国慧;刘继平
3.T型微通道内两相流动数值模拟和流场分析 [J], 王琳琳;胡洪萍
4.新型组合式除雾器内部气液两相流场数值模拟 [J], 方立军;秦箫珊;王亮
5.利用Fluent软件对植物坝覆盖下二维两相流场的数值模拟 [J], 刘锋;邱秀云;周著
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除雾器内二次携带液滴的数值模拟
㊀第３３卷第１期２０１９年１月P OW E R㊀E Q U I P M E N TV o l ．３３,N o ．１J a n ．２０１９㊀收稿日期:２０１７Ｇ０８Ｇ１６;㊀修回日期:２０１７Ｇ１０Ｇ１０作者简介:张㊀博(１９８７ ),男,工程师,从事多相流运动研究及电厂节能减排和污染物的控制.E Ｇm a i l :５１１３５０２３３＠q q．c o m研究与分析除雾器内二次携带液滴的数值模拟张㊀博,巩时尚,何远正(中国能源建设集团西北电力试验研究院有限公司,西安７１００３２)摘㊀要:采用数值模拟的方法,利用F L U E N T 软件分别对除雾器内二次携带液滴的来源与加装不同钩片对除雾器内二次携带液滴的影响进行了分析.结果表明:二次携带的液滴主要来源于液膜的剥落和分离;加装双钩片能有效改善二次携带液滴的现象.关键词:除雾器;数值模拟;二次携带;液膜;钩片中图分类号:X ７７３;T Q ０５１．８㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７１Ｇ０８６X (２０１９)０１Ｇ０００１Ｇ０５N u m e r i c a l S i m u l a t i o no f t h eR e Ｇe n t r a i n m e n tP h e n o m e n o n i naD e m i s t e rZ h a n g B o ,G o n g S h i s h a n g ,H eY u a n z h e n g(C h i n aE n e r g y E n g i n e e r i n g G r o u p No r t h w e s tE l e c t r i cP o w e rT e s tR e s e a r c h I n s t i t u t e C o ．,L t d ．,X i a n７１００３２,C h i n a)A b s t r a c t :T h e m a i ns o u r c e o fr e Ｇe n t r a i n e d d r o p l e t si n a d e m i s t e r w a sn u m e r i c a l l y a n a l y z e d u s i n gF L U E N Ts o f t w a r e ,w h i l e t h ee f f e c t i v e n e s so f t h et r e a t m e n tm e a s u r e sb y i n s t a l l i n g di f f e r e n th o o k s i nt h e d e m i s t e rw a s s t u d i e d ．R e s u l t s s h o wt h a t t h e r e Ｇe n t r a i n e dd r o p l e t s a r em a i n l yp r o d u c e d i nt h e s t r i p p i n g an d s e p a r a t i o no f l i q u i df i l m ,a n dt h ei n s t a l l a t i o no fd o u b l eh o o k sc a ne f f e c t i v e l y i n h i b i t t h er e Ｇe n t r a i n m e n t ph e n o m e n o n ．K e y w o r d s :d e m i s t e r ;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ;r e Ｇe n t r a i n m e n t ;l i qu i d f i l m ;h o o k ㊀㊀目前工业应用中,湿法烟气脱硫系统大多采用折流板除雾器[１Ｇ２].某电厂折流板除雾器出口的烟气含有一定量的石膏浆液:一方面是该类除雾器对粒径较小的液滴脱除效率较低,甚至不能脱除;另一方面是烟气流过该类除雾器时发生二次携带.对于前者,大多通过对除雾器加装钩片㊁排液槽等来提高除雾效率,解决较小粒径液滴脱除率低的问题[３Ｇ５];对于后者,国内外的研究较少,且相关研究资料匮乏.计算流体力学(C F D )技术在除雾器性能的预测和流动分析方面有着绝对优势,并且液膜流动方向与气流流动方向垂直,使液膜在流场中的运动具有三维三相特征[６Ｇ７].笔者采用数值模拟对除雾器二次携带液滴的机理进行分析,并对板壁液膜厚度分布及二次携带发生位置进行研究,提出了相应改善措施.１㊀机理分析㊀㊀液滴在除雾器内的运动见图１.图１㊀二次携带液滴的机理㊀㊀一部分液滴随着气流流动通过弯曲的折板通道;另一部分液滴会与板壁相互碰撞,使得除雾器内产生二次携带液滴.笔者分析认为除雾器内二次液滴可能有４种来源:(１)液滴在除雾第３３卷器内流动,气流对液滴产生过大的剪切力而使得液滴破碎;(２)液滴在除雾器内流动,撞击到叶片上的液膜而发生飞溅;(３)液膜存在于除雾器叶片,除雾器中气流过大的剪切力造成液膜剥落;(４)液膜在除雾器叶片上流动,流至叶片转角因其惯性而发生液膜分离.对于第１种情况,液滴是由于气体产生的气动力而发生破碎,可根据液滴韦伯数W e d判断,当W e d＞１３时,气流中的液滴将破碎.W e d定义为:W e d＝ρg(u g－u d)２D/σ(１)式中:ρg为气体密度,k g/m３;u g为气体速度,m/s;u d为液滴速度,m/s;σ为液滴的表面张力,N/m２;D为液滴直径,m.对于第２种情况,液滴撞击壁面的过程根据液滴撞击能量和壁面温度的不同可产生粘附㊁反弹㊁铺展㊁飞溅.这４种结果也可根据W e d来判断,其判别式同式(１).当W e d＜５时,液滴粘附;当５＜W e d＜１０时,液滴反弹;当１０＜W e d＜C(C的定义见式(２))时,液滴铺展;当W e d＞C时,液滴飞溅.因为粘附和铺展是液膜的成因,只有当壁面温度高于液滴沸腾温度时,液滴才会发生反弹,而笔者进行的数值模拟为冷态,所以不会产生液滴反弹,因此仅当发生飞溅时才会发生二次携带液滴,即需要W e d与C的比大于１.C＝１８２ˑDˑρdσæèçöø÷１/２ˑμdρdæèçöø÷１/４ˑf３/４(２)f＝u d n/D式中:ρd为液相密度,k g/m３;f为单个液滴撞击壁面的频率,H z;μd为水的动力黏度,N s/m２;u d n为液滴碰壁法向速度,m/s.假设u d n＝u d,u g为０,并对W e d/C进行变换,可以得到:W e dC＝１１８２ˑ(ρd u d D)１/４μ１/４dˑ(ρd u２d D)１/２σ１/２＝１１８２W e１/２d R e１/４d(３)式中:R e d为液滴雷诺数.对于第３种情况,当气体流过薄膜表面时,足够大的剪切速度会使薄膜的表面形成K e l v i nＧH e l m h o l t z波,并逐渐增强,最终会从薄膜表面剥落出液滴[８].N a k a oT等[９]认为液膜剥落可根据液膜韦伯数W e f判定,当W e f＞１．５时,液膜就会剥落出液滴.W e f的判别式为:W e f＝ρg(u g－c)２hσ(４)式中:c为波速,m/s;h为液膜厚度,m.对于第４种情况,具有较高惯性的液膜流过转角时,在离心力和表面张力的作用下,可能会发生液膜分离[１０].F L U E N T软件中给出液膜分离的条件:液膜惯性大于临界值(由用户定义),面之间的角度足够大,即W e f大于临界W e f(由用户定义)和面角度超过临界角度.F L U E N T软件中面临界角度缺省值为２０ʎ,而杨雪龙等[６]对已有资料整理和总结后得到:W e f＝h３c h３＝ρgρdˑ３R(R＋h)(５)式中:h c为临界液膜厚度,m;R为转角曲率半径,m.当h＞h c时,液膜才会脱落,所以要求:W e f＞ρgρdˑ３R(R＋h)(６)２㊀计算模型２．１模型几何尺寸及网格划分㊀㊀模拟计算几何模型见图２,其截面详细尺寸由文献[１１]提供并标注在图中.由于液膜在流场中运动具有三维三相特性,并且欧拉壁面液膜模型仅限三维条件下使用,因此将二维平面几何体纵向拉伸５０m m形成三维几何体.笔者采用I C E M将全局划分为结构化网格,近壁区划分边界层网格,第一层高度为０ ０３m m,共６层.网格增长率为１ ２,网格节点数增至４５０００时,计算单相结果不随网格数发生变化.图２㊀几何模型尺寸图２．２计算条件㊀㊀连续相是介质密度为１ ２２５k g/m３㊁动力黏度为１ ７８９４ˑ１０－５N s/m２的空气.入口气流速度分别取３m/s㊁４m/s㊁５m/s㊁６m/s㊁７m/s㊁８m/s㊁９m/s,出口边界条件设为压力出口,出口压力为大气压力.操作压力为１ ０１３２５ˑ１０５P a,壁面粗糙度为０,绝热㊁无滑移[１２].离散相是介质密度为９９８k g/m３㊁动力黏度为 ２第１期张㊀博等:除雾器内二次携带液滴的数值模拟１ ００３ˑ１０－３N s /m ２㊁表面张力为０ ０７１９４N /m ２的水,气流中水的质量浓度为０ ０５k g/m ３.给定液滴进口速度与气流速度相同,喷射类型为S u r f a c e,且液滴在入口截面上均匀分布.液滴直径选取R o s i n ＧR a m m l e r 分布,最小粒径为１０μm ,最大粒径为８０μm ,平均粒径为４５μm ,分布指数为５[１３],壁面条件选择W a l l Ｇf i l m .欧拉壁面液膜模型:在F L U E N T 软件模型选项中勾选E u l e r i a n W a l l F i l m ,并将临界韦伯数更改为０ １５,其他项目保持默认;在边界条件中勾选W a l l Ｇf i l m ,其余保持缺省值.２．３模型验证㊀㊀根据文献[１１]提供的实验结果与数值模拟结果进行对比,以验证模型的正确性.模拟中分为未考虑二次携带液滴和考虑二次携带液滴,未考虑二次携带时壁面的离散相边界条件设为T r a p,考虑二次携带液滴时壁面的离散相边界条件设为W a l l Ｇf i l m ,并勾选E u l e r i a n W a l lF i l m .实验结果与模拟结果的除雾效率基本吻合,而当气流速度大于６m /s 时,未考虑二次携带液滴的模拟结果与实验结果出现较大差距(见图３).图３㊀除雾效率的模拟结果与实验结果对比３㊀结果分析３．１液滴来源㊀㊀对于第１情况,可以假设u g －u d 取最大气流速度为９m /s ,平均粒径取最大粒径为８０μm ,计算可得W e d 为０ ９８,小于１３,所以液滴在气流中运动不会产生破裂;而对于第２种情况,液滴撞击壁面的过程中,二次携带的液滴主要来源于液滴的飞溅.W e d 与C 的比为００１,小于１,因此除雾器内不会产生液滴飞溅.另外,在C F D 计算的过程中飞溅数值也为０,模拟结果与理论计算结果相吻合.气流速度为６m /s 时,剥落数值为０,分离数值为２;而当气流速度增大到８m /s 时,剥落和分离的数值分别为２６和１６５１,数值相对较大.综上所述,除雾器内二次携带液滴来源于液膜的剥落和分离.图４和图５分别给出了除雾器左㊁右板面在不同气流速度u 下液膜厚度的分布图.图４㊀除雾器左板面在不同气流速度下的液膜厚度分布图５㊀除雾器右板面在不同气流速度下的液膜厚度分布㊀㊀从图４可以看出:随着气流速度不断增大,左板面上液膜不断增厚,A 区㊁B 区的板面交界处局部液膜厚度较高,并沿板壁逐渐变薄.携带液滴的气流进入除雾器,由于受惯性作用,大部分液滴会碰撞到A 区㊁B 区的左板面,并且受气流３第３３卷剪切力作用,液膜产生横向流动.从图５可以看出:随着气流速度增大,C区㊁D区的右板面液膜逐渐增厚和扩大,但当气流速度达到６m/s时,液膜厚度达到最大,再继续增大气流速度,液膜厚度反而逐渐变小,并且出现壁面 短接 现象.这与文献[１１]中的实验结果相符,间距为２６m m除雾器的临界速度为６ １２m/s,这也再一次证明了该模型的正确性.由于C区㊁D区接近除雾器出口,过高的气流速度产生过大相间剪切力使得液膜出现较大面积的剥落和液膜分离,液膜剥落破碎和分离产生二次液滴再次进入流场,从而影响了除雾性能.３．２液膜破裂㊀㊀图６㊁图７给出了除雾器左㊁右板面不同气流速度下液膜发生二次携带液滴的现象.㊀㊀图６㊀除雾器左板面二次携带液滴质量流量分布㊀㊀图７㊀除雾器右板面二次携带液滴质量流量分布㊀㊀从图６和图７中可以看出,随着气流速度增大,除雾器板面不同地方相继出现了液膜的分离和剥落.除雾器左板面发生二次携带液滴较为严重的地方是B区与C区的交界处,而右板面较为严重的地方是A区与B区㊁D区与E区的交界处.主要原因是:(１)该区域的转角曲率半径较大,要使W e f减小,此处液膜的厚度就得减小,所以该区域就易产生液膜的分离;(２)该区域刚好处于除雾器的弯道处,此处气流速度比其他处大,易产生过大的剪切力,使得液膜发生剥落破碎.３．３加装钩片㊀㊀图８㊁图９分别给出了不同气流速度下,加装单钩片㊁加装双钩片和未加装钩片的二次携带液滴的对比.图８㊀当u＝７m/s时的二次携带液滴质量流量分布 ４第１期张㊀博等:除雾器内二次携带液滴的数值模拟图９㊀当u ＝８m /s 时的二次携带液滴质量流量分布㊀㊀从图８和图９中可以看出:与未加装钩片的叶片相比,加装单钩片仅在除雾器出口处发生二次携带液滴,而加装双钩片出口处略微二次携带液滴.加装钩片对除雾器内的二次携带液滴有了很大改善,在普通折板式除雾器原来易发生二次携带液滴处,二次携带液滴已经消失或减轻,而加装双钩片后,除雾器出口处的二次携带液滴也得到了很大改善.分析其原因为加装钩片对壁面附近的气流流动有一定的阻碍作用,使得靠近壁面处气流速度减小,液膜受到的剪切力变小,液膜的剥落也随之减弱;但由于加装钩片使得流道的有效流通截面积减小,所以主流区速度反而增大,根据颗粒动力学原理,离心力与速度的三次方成正比从而产生更大的惯性力,使得更多液滴与壁面发生碰撞而被捕集.另外,钩片的安装位置都在液膜最容易分离的地方,因此加装钩片后,钩片对液膜的流动产生了阻挡,使得液膜更难发生分离了.综上所述,增加钩片后可以增大除雾器的效率,同时可以减轻除雾器内二次携带液滴的现象.４㊀结语㊀㊀(１)含有液滴的烟气进入除雾器,会在除雾器壁面形成不同厚度的液膜,主要在A 区㊁B 区的左板面和C 区㊁D 区的右板面;且随着入口烟气流速度的增大,液膜厚度增大,但当气流速度增大到７m /s 时,C 区㊁D 区右板面厚度开始变薄,并出现 短接 现象,即除雾器内发生二次携带液滴.㊀㊀(２)除雾器内二次携带液滴主要来源于液膜的剥落和分离.随着气流速度增大,除雾器内转角曲率半径较大处易产生液膜分离;转角处出现较大的剪切力,易造成液膜的剥落.(３)通过对比模拟结果发现,加装钩片对除雾器内二次携带液滴有一定的改善作用.钩片阻碍了液膜的流动,使得液膜在转角处更难发生分离;加装的钩片减小了壁面附近处气流速度,使得液膜受到的剪切力变小,降低了液膜剥落的概率.参考文献:[１]李文艳,徐妍,申林艳．数值模拟技术在湿法脱硫除雾器优化设计上的应用[J ]．热力发电,２００７,３６(５):１０Ｇ１４,１８．[２]孙志春,郭永红,肖海平,等．鼓泡脱硫塔除雾器除雾特性数值研究及实验验证[J ]．中国电机工程学报,２０１０,３０(８):６８Ｇ７５．[３]洪文鹏,雷鉴琦．加装钩片对除雾器性能影响的数值研究[J ]．动力工程学报,２０１６,３６(１):５９Ｇ６４．[４]姚杰,仲兆平,周山明．湿法烟气脱硫带钩波纹板除雾器结构优化数值模拟[J ]．中国电机工程学报,２０１０,３０(１４):６１Ｇ６７．[５]樊水冲,杨学忠,郭勇．波纹板除雾器流场与效率的数值计算[J ]．炼油与化工,２００６,１７(２):５Ｇ１０．[６]杨雪龙,王永,冯靖,等．单钩波形板分离器内二次携带机理分析[J ]．原子能科学技术,２０１６,５０(５):８０５Ｇ８１１．[７]高彦栋,王晓墨,黄素逸．用液滴碰壁模型对波形板汽水分离器的模拟[J ]．华中科技大学学报(自然科学版),２０００,３０(２):４８Ｇ５０．[８]C R OW ECT ,G O R ER A ,T R O U T TTR．P a r t i c l e d i s pe r Ｇs i o nb y co h e r e n t s t r u c t u r e s i n f r e es h e a r f l o w s [J ]．P a r t i c u Ｇl a t eS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,１９８５,３(３Ｇ４):１４９Ｇ１５８．[９]N A K A O T ,N A G A S E M ,A O Y AMA G ,e ta l ．D e v e l o pＧm e n t o f s i m p l i f i e dw a v e Ｇt y p ev a n e i nB WRs t e a m d r ye ra n d a s s e s s m e n t of v a n e d r o p l e t r e m o v a l c h a r a c t e r i s t i c s [J ]．J o u r Ｇn a lo f N u c l e a r S c i e n c e a n d T e c h n o l og y,１９９９,３６(５):４２４Ｇ４３２．[１０]OW E NI ,R Y L E YDJ ．T h e f l o wo f t h i n l i qu i d f i l m s a r o u n d c o r n e r s [J ]．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo f M u l t i ph a s e F l o w ,１９８５,１１(１):５１Ｇ６２．[１１]黄新长．脱硫除雾器性能实验研究与优化设计[D ]．北京:华北电力大学,２０１０．[１２]杨治中,郭士义．火电厂石灰石Ｇ石膏湿法脱硫除雾器的研究及应用进展[J ]．能源环境保护,２０１４,２８(６):１１Ｇ１４,６．[１３]郝雅洁,刘嘉宇,袁竹林,等．除雾器内雾滴运动特性与除雾效率[J ]．化工学报,２０１４,６５(１２):４６６９Ｇ４６７７．５。
气液分离器设计计算
缓冲时间计算得到。最小的气液分离面积 AVD 一般 被设定为 （ 1 ～ 2） ft，或是分离器内径的 20% ，然
后选取两者 之 中 的 较 大 者。 对 于 卧 式 分 离 器， 从
气体中分离出来的液滴有一个水平拖曳力，该力
并不象立式分离器中的那样与重力方向相反。这
里不对两维颗粒运动做详细的处理，多数文献承
＊＊本文受到国家科技重大专项项目 “煤层气田地面集输工艺及监测技术” （ 编号： 2009ZX05039） 的资助。
2011，21（ 5）
冯 宇 气液分离器设计计算
19
其中：
槡 K = 4gDp 3CD
实际上较小的液滴只靠重力沉降是分离不出 来的，但这些 较 小 液 滴 可 以 聚 集 成 较 大 的 液 滴， 再通过重力沉降才能分离。在分离器中的液滴聚 集设备可以使气体通过曲折的通道，使液滴之间 或液滴与聚集设备间相互碰撞形成较大液滴。由 于聚集后的液滴直径很难预测，所以捕雾器的 K 值一般取经验值。K 值的选取便是分离器设计中比 较敏感的问题之一。对于设有捕雾器的分离器 K 值可参照表 1 选取。对于没设捕雾器的分离器，推 荐 K 值为有捕雾器分离器的一半或通过上述公式 计算出其理论 K 值。如果知道聚集液滴的尺寸， 选取曳力系数 CD，见表 1。
＜ 300psia
＞ 300psia
15
6
15
6
15
6
6
6
6
6
6
6
卧式分离器 LLL （ in）
9 10 11 12 13 15
（ 5） 计算从低液位到正常液位的高度：
HH
=
（
VH π /4）
DV 2
（ ft）
静电雾化中圆锥-射流模式的数值模拟
静电雾化中圆锥-射流模式的数值模拟顾平道;许洁;刘彦娜【摘要】在液体高压静电雾化过程中,如何匹配众多参数得到稳定的均匀液滴是该技术的关键和难点.为此,针对以上问题,建立了均匀液滴喷射过程的流场计算模型,应用FLUENT软件,通过参数的合理匹配,模拟得到圆锥-射流模式下的均匀液滴流和稳定雾场,并对静电雾化过程的流场和雾场的相关特性进行分析.结果表明,在场强很大的区域内,雾滴轴向速度也较大;在接收板附近,外部流动的空气对雾滴产生加速作用,使雾场区域发散.研究结果对静电雾化效果的优化有一定的参考价值.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2010(032)006【总页数】4页(P90-93)【关键词】静电雾化;圆锥-射流模式模拟;参数匹配【作者】顾平道;许洁;刘彦娜【作者单位】东华大学,环境科学与工程学院,上海,201620;东华大学,环境科学与工程学院,上海,201620;东华大学,环境科学与工程学院,上海,201620【正文语种】中文【中图分类】S1260 引言静电雾化是电流体作用力克服液体表面张力，导致液体破碎成细小雾滴的过程。
相对于其他雾化技术，静电雾化技术具有很多优越特性。
雾化后，带有大量同种电荷的液滴更容易穿透其周围的气体介质，也可以通过施加不同的电场来控制液滴运动轨迹。
静电雾化最具吸引力的特点是参数调节方便，可以产生各种不同尺度的分散液滴。
静电喷雾技术在工农业生产(如静电喷涂、静电喷雾冷却、除尘、燃烧及静电农药喷洒)等方面都得到了广泛的应用。
1 静电雾化的圆锥-射流模式静电雾化所需的电压一般为数千伏的直流电压。
在其他参数确定的情况下，通过改变雾化电压可以得到不同雾化模式[1]。
随着电压的升高，雾化模式依次为滴状模式、脉动模式、圆锥-射流模式和多股射流模式。
当电压升高到一定范围时，将建立一种稳定的喷洒模式—圆锥-射流模式。
这种模式由一个圆锥状的液面和圆锥顶点处的细小射流组成。
Taylor[2]从理论上证明了在静电力的作用下毛细管下方液体被拉成锥状，其半锥角为49.3°。
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2.2数学模型的选取
已有的对旋流的计算，多是在固定容器内发生简单的旋风分离。本文模拟的是混合气流沿管道进入除雾器，受到叶片的阻力而推动叶片转动，同时叶片带动气流由平行流动变为旋流，使液滴在垂直于轴线的方向上做离心运动，从而产生离心力将液滴甩向壁面，在重力作用下沿壁面缓慢流下来;并且强烈的湍流运动使液滴与液滴、叶片之间发生劇烈的撞击，由于分子间的相互作用力，使液滴团聚在一起，变为较大颗粒，更容易甩到壁面，从而脱除雾滴。为了更好地模拟实际流动，需要选择准确的湍流模型。
1除雾器物理模型的建立
采用Solidworks软件，建立叶轮除雾器单元管的三维模型，尺寸设计参照离心式除雾器的类比设计。叶片为被动式旋转。叶片的扇形与中心线成一定角度，该夹角即为叶片夹角，新型除雾器单元管的物理模型如图1所示。
该模型直径200 mm，长300 mm，内部进水管直径20 mm。在除雾器的每个单元管中，叶片数量m=18，叶片与水平夹角，即仰角为20°。以上几何参数的选择主要考虑如下几点：
2.2.1标准kε模型
目前，湍流模型主要包括标准kε模型、RNG模型、标准kω模型、雷诺应力模型、SpalartAlmaras模型等。为了适应复杂多变的模拟环境，本文选用标准kε模型，模拟液滴颗粒因剧烈旋转而产生的团聚作用。
2.2.2群体平衡模型（PBM）
在考虑粒径分布的两相体系中，气体和液滴的粒径分布会随着两相体系的反应和传递现象的发生而变化。因此，不仅要考虑能量、动量和质量守恒，还需要添加一个可以描述粒子平衡的方程，即群体平衡模型。离散法中的非均一离散法可以应用于多个离散粒子群，调用不同的相速度，将颗粒群的粒径范围离散为有限的粒径间隔。本文采用非均一离散法，模拟计算各相的粒径分布。
4）叶片的径向角度取零，有利于旋流强度的增加及气液分离。
2除雾器单元管内液滴团聚与气液分离的模拟
2.1除雾器单元管内流场的简化与假设
除雾器性能受内部流动规律和液滴分离规律的制约。在除雾器中，由于携带液滴的烟气叶片间的流动较为复杂，为了提高计算效率，可在允许的误差范围内对模型进行简化。
1）本文的模拟以空气代替烟气，进入除雾器的烟气流速较小，一般为3～8 m/s，可把气体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为理想气体。
2）在理想情况下，烟气的流动参数不随时间变化，故流动可视为定常流动。
3）模拟计算以水滴代替浆液滴，除雾器内液滴占烟气体积分数较小，粒径较小（液滴的直径为微米级），但由于要考虑细小液滴因气流携带，通过叶片时发生旋转而团聚成较大液滴，使液滴的直径发生变化，因此液滴间的相互作用不可忽略。
4）在分析过程中，考虑气体流动对颗粒的粘性作用，忽略其反作用。
被动式除雾器内液滴团聚气液分离的数值模拟
作者：颜浩陈强安泽文张龙龙王翠苹
来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2019年第03期
摘要：针对脱硫塔后烟气中携带着大量水汽问题，本文采用数值模拟的方法，对除雾器内部流场流动及液体分布与团聚情况进行研究。采用Solidworks软件，建立叶轮除雾器单元管的三维模型，对新型的被动式叶轮除雾器一个单元管的三维模型进行两相流数值模拟。同时，为了更好地模拟实际流动，选用准确的湍流模型kε模型、群体平衡模型（population banlance model，PBM）和6DOF模型，并选择SAMPLE算法。模拟结果表明，烟气经过除雾器时，叶片区域存在强烈湍流耗散，液滴被旋转气流抛向壁面，从而实现液滴团聚和气液分离;除雾器内对流体切向速度、液滴颗粒的团聚等作用都优于固定式叶片，且液滴粒径较小时更易团聚，除雾器单元管内除雾效率随流速增加而提高。该研究为优化除雾器结构提供了理论依据。
1）叶片形状为平板扇形，叶片的扭曲角为0°，这是考虑在实际过程中，制造、加工及建模的方便[18]。
2）叶片仰角的经验值为20°～30°，由于该除雾器为被动旋转，所以取仰角为最小值20°，以提高叶轮转速。
3）叶片数量，在旋流板除雾器设计中，根据气液负荷与开孔面积，通常取24片或18片，考虑携带液滴量不太大，所以取18片，以减小气液穿过时的流动阻力。
关键词：被动旋转;叶片除雾器;液滴团聚;数值模拟;除雾效率
中图分类号：X701; TB126;文献标识码：A
近年来，在电力行业中湿法烟气脱硫系统得到广泛应用，湿法脱硫可以有效的控制SO2等气态污染物排放，但是在脱除SO2的同时，烟气中会夹带大量饱和水汽，除少量从烟囱底部凝结排出，大部分液滴随烟气从烟囱顶部排出。液滴的排放会造成其溶解携带的PM2.5等粒子污染物增加，同时液滴夹带是造成石膏雨的重要原因，所以脱除烟气中携带的细小液滴非常必要[17]。目前，国内常用的电厂除雾设备主要有折流板型、离心式型及正在推广使用的湿式电除尘。根据雾滴的碰撞和粘附等原理，携带液滴的烟气经过密集的折流板时，烟气在弯曲管道内流动产生的离心力使气液分离，液滴黏附在板面上形成很薄的液膜，经重力作用缓慢流到集液槽中，从而实现气液分离[810]，但是这种板式除雾器对小于5 μm，甚至更小的细雾无法有效地去除。为保证除雾效率，对携带液滴烟气的速度有一定限制，当超过临界气速时，因为二次夹带使脱雾效率降低[1113]。离心式除雾器在洗涤器内部设置叶片使气流旋转，一种是叶片固定，气流从叶片缝隙穿过，形成旋流;另一种是叶片不固定，通过电机驱动使叶片旋转。由于电驱动式阻力小，可提供比较大的圆周速度，其除雾效率比固定式高。但由于其提升除雾效率主要是提高能耗获得，且这两种除雾器不能根据风速同步调节叶轮转速，所以当风速波动较大时，除雾效果会明显降低[1417]。基于此，本文提出一种新型自旋转叶轮除雾器，叶轮由气流的流动带动旋转，从而增强除雾效果，且不需要其他额外动力。通过Solidworks建立新型除雾器的单元管三维模型，选取适当的数学模型及恰当的运行参数，对除雾器单元管内气液两相流动、液颗粒的碰撞、粘附以及液滴的团聚等进行数值模拟，并对其气液分离性能进行初步预测。该研究为优化除雾器结构提供了理论依据。