两相均流板气固两相流数值模拟分析

两相均流板气固两相流数值模拟分析

由于空间配置的限制，该曲线广泛应用于发电压力装置的气象光刻污染脱离系统中。受许多因素的影响，如曲线的弯曲程度、液体流动的马赫数、水流方向等。设备入口处的霍氏流量变化是一个非常复杂的流量特征，出现了偏差和其他问题。目前，传统的流量分配器通常用于流量损失处理，如挡板和三角翼膜片。弯道中安装导流板可达到均匀气体速度的目的,但颗粒在导流板近壁区域富集,导致多个板间通道内的气固两相分布不均,影响后续工作。如SCR催化剂层入口气固两相不均造成催化剂局部磨损严重,对气体污染物扩散阻挡不均而脱除反应不均,干/湿式静电除尘器入口气固两相不均致使除尘器内部颗粒荷电不均、团聚与分离效果不佳为了解决上述问题，本研究提出了一种结构为风面水流的两个相流补偿板，该板克服了传统两相流补偿装置的缺点，能有效消除煤、气两相流的污染，能有效解决传统发电系统中气、固两相流补偿不均的问题。1几何模型及网格划分图1显示了本研究中提出的两相流补偿板的具体结构。整个流量补偿板由前序列板和后涡流发生器组成。将两相均流板置于90°方形弯管中,具体的几何模型如图2(a)所示(以板件夹角θ为30°的直板型两相均流板为例)。为了便于研究,将弯管分成入口垂直段、弯曲段和出口水平段3部分,以1台300MW的机组的三电厂电除尘器入口处直角弯管为研究对象,弯管的方形横截面尺寸为4800mm×3600mm,水力直径D为1441mm,弯管段的曲率直径比为R格林威治软件进行了网格的划分。入口垂直部分和出口水平部分采用正六面体结构网格，曲线段采用大小功能对两相流板附近的网格进行加密，并通过调整网格的数量来验证模拟结果。图3显示了不同网格数（x轴方向）下沿x轴方向的速度分布变化曲线。从图中可以看出,当网格数量大于150万个时,曲线的变化趋势一致,随网格数量的增加误差不超过2%,综合考虑求解精度和计算耗时等因素确定网格独立解,最终网格生成图如图3(b)所示。管道气阻两相流假设为稳定型不可压缩流。采用Euler-Lagrange方法对气固两相流进行模拟,即连续相气相采用Euler方法模拟,固体颗粒相采用Lagrange轨道跟踪法模拟。由于颗粒在气流中的容积含率小于10%,因此采用气固双向耦合方法来模拟,即模型考虑气固之间的相互作用,而忽略颗粒间的相互碰撞作用,湍流模型采用标准k-ε方法。模拟选择的液体为常温状空气，密度为1.22kgm。2两相均流板与常规均流装置的均流效果对比分析在曲线上模拟了四种不安装挡板的情况，如传统波导板、三角翼膜片安装和两相流补偿板（考虑到四个情况之间的相似性，传统波导板和两相流补偿板前端的波导板尺寸相同，三角翼膜片和两相流补偿板后的空气保护面覆盖部分相同）。分析了模拟结果。2.1气流速度分布特征对比分析如图4中弯管对称截面（z.0）内流场速度分布云图所示。气流无定向通过弯管后以射流形式进入水平出口管，上风速度大，下风速度小。在输出管水平段的长段中，风速仍然代表大上部和小下部的分布特征，输出端的速度分布代表极化。气流通过内置波导板的圆弧。弧段内各管内的空气速度内大外小。当进入管道水平段的出口段时，风速分布相对均匀。在三角形机翼开口的弯管中，三角翼开口的速度在90直角下呈非常不均匀的速度面。在此范围内，气流的速度梯度较大，在较长距离（l-d）内，气流的速度梯度从中心向两侧增加，速度梯度沿气流方向逐渐减小，出口处的横向速度分布趋于均匀。在带有两相流补偿板的弯管中，板后的速度分布类似于三角形机翼的平面速度分布。在弯管后的范围内配置几个涡流发生器。气流通过风侧气动结构，并逐渐减少管道中的流动面积。随后,在经过背风面钝体结构后,管内流通面积恢复,在此过程中管内流通面积经历了“由大变小又变大”的过程。在流通面积由大变小阶段,气流速度逐渐增大,呈喷射状冲入水平直管段,同时由于背风面钝体结构的阻挡作用,其后方出现小区域的低速区,但随着气流逐渐发展,在水平管段气流速度分布变得十分均匀。其中,在板后较短距离(l=D)内出现速度分布不均匀区域,在随后的l为D~4D阶段,气流速度由中心向两侧递增,且沿着气流方向管道上侧速度梯度呈增大趋势,下侧速度梯度呈减小趋势,至l为4D~5D阶段,管道下侧的速度梯度消失,整个截面的速度由上侧向下侧递减,在随后发展到出口的过程中整个截面速度梯度逐渐减小,直至出口处速度分布均匀。2.2颗粒浓度分布云图图5和图6显示了对称截面中颗粒浓度分布的云图和横截面中粒径浓度分布的云图。结果表明:1)未加任何均流装置的弯管中,气流经过90°直角后,受惯性影响,水平管道初始段颗粒主要集中在管道上部,管道上部颗粒浓度很大,约0.1kg·m2.3均流装置结构流场对比分析如图中流场压力分布云图所示。如图7所示，在没有流量分配器的erbo中，erbo的压力在90的直角处达到最大值，并从内到外逐渐增加。进出口弯管内总压分布相对均匀，压差较小，压差为34.84pa。带有挡板的薄板的压力分布类似于空管的压力分布。90直角处的压力最大，每个挡板底部附近有一个高压范围。90的总直角压力由内而外逐渐增加，但进口和出口弯管内的总压力分布相对均匀，压差为27.01pa。对于三角形机翼开口的弯曲，由于开口的风表面和风表面为钝体结构，海面上有大面积的高压供风吹。曲线整体压力分布差异较大，进、出口压差为223.23pa。双相流补偿板屈曲的压力分布与三角翼平板屈曲的压力分布相似。然而，前绕组的空气动力学车身设计完全降低了空气阻力在两相运动期间的阻力，以减少约121.36pa的erbo进出口压差。综上,弯管中压阻大小排序为:c>d>a>b。2.4两相均流板及三角翼面板对弯管内气流速度分布的影响为了准确理解整个输出线的气流分布，将出口360m将横截面划分为8.8个具有相同面积的小区块。取每个块的中心作为测量点，然后将其划分为64个测量点，如图8所示。测量结果的速度/浓度数据根据j和t7631-2007计算。标准左端的气流速度和质量分析系数根据方程式（2）确定气流速度和质量。计算结果如图所示。第9段（a）和（b）点。从9（a）中可以看出，挡板安装在曲线上后，速度分布最好。两相流补偿板和三角翼安装平整后，弯头后短距离内的速度分布均匀性较差，但随着气流的发展，速度分布逐渐均匀，且标准偏差小于0.25（当gb和16157-1996的标准速度偏差系数小于0.25时，管道中的气流速度分布合格），速度分布均匀性好，输出均匀性效果与波导板基本一致。如图9b所示。在整个输出线的质量浓度分布中，质量浓度分布的优点和缺点是cd（b）（a）。如图9c所示，在曲线上安装两相流补偿板后，与管道上的三角形翼装饰相比，管道的总压降降低约50%。综合以上,处理装置入口气固两相流的均流问题时,导流板、三角翼挡板和两相均流板均可以保证弯管内气流速度分布均匀,但两相均流板/三角翼挡板对颗粒分布的均匀性更优,而两相均流板较三角翼挡板有更低的管内压降。因此,在弯管内安装两相均流板较安装导流板/三角翼挡板更优,既可以使气固两相均匀分布又可以有效降低系统的压阻。3两相均流板、流板的均流效果1）导波板、三角形翼板和两个扩散膜片可以确保弯管内的气流速度均匀分布，改善管道内的气流速度不均匀问题，并将管道的速度标准偏差系数保持在0.25左右。2）挡板、三角翼膜片和两个扩散膜片可以改变曲线的分布，但弯管中的两相流补偿板的浓度标准偏差系数小于传统波导板的弯管浓度标准偏差系数。传统的波导