用格子氣和軟球模型對(duì)移動(dòng)床除塵器的數(shù)值模擬研究.pdf

1、長(zhǎng)期以來(lái),復(fù)雜幾何邊界流動(dòng)問(wèn)題一直是計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域的一大難題,用傳統(tǒng)的計(jì)算方法對(duì)煙氣在移動(dòng)顆粒層多孔介質(zhì)內(nèi)部細(xì)微通道的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬將十分困難.格子氣方法作為一種新型的計(jì)算流體力學(xué)技術(shù),在幾何邊界條件的處理上具有傳統(tǒng)建模方法無(wú)法比擬的靈活性,它的產(chǎn)生和發(fā)展為模擬復(fù)雜邊界條件的流動(dòng)現(xiàn)象提供了新的手段.在固相顆粒場(chǎng)的模擬中,直接數(shù)值模擬的軟球模型直接以經(jīng)典的牛頓定律為基礎(chǔ),所依據(jù)的理論準(zhǔn)確可靠,可以追蹤、記錄場(chǎng)中每個(gè)顆粒的軌跡和運(yùn)動(dòng)

2、狀態(tài),通過(guò)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)顯示顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,可以方便的發(fā)現(xiàn)顆粒間的運(yùn)動(dòng)碰撞規(guī)律.該文開(kāi)創(chuàng)性的將格子氣方法和軟球模型結(jié)合起來(lái),采用直接數(shù)值模擬法建立一種全新的氣-固兩相流數(shù)學(xué)模型,在兩相流模型中分別針對(duì)FHP格子氣自動(dòng)機(jī)和軟球模型做了單獨(dú)的分析.利用這種方法建立一個(gè)移動(dòng)床過(guò)濾除塵器數(shù)學(xué)模型,模擬除塵工況,研究煙氣在慮料顆粒層復(fù)雜細(xì)微通道內(nèi)的流動(dòng)特性,并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析,得出一些定性規(guī)律,從中探討除塵機(jī)理.為了研究過(guò)濾層內(nèi)多孔介質(zhì)的

3、結(jié)構(gòu),以便更深入地對(duì)除塵機(jī)理進(jìn)行探討,該文用OpenGL編寫(xiě)了一個(gè)三維動(dòng)畫(huà)計(jì)算平臺(tái),模擬計(jì)算結(jié)果形象逼真,對(duì)慮料顆粒層多孔介質(zhì)細(xì)微通道的形成、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究.因?yàn)樵撐牟捎玫腇HP-Ⅱ格子氣模型只能用于計(jì)算二維氣相場(chǎng),所以我們利用粉塵顆粒與慮料顆粒在體積以及質(zhì)量的數(shù)量級(jí)差距,對(duì)過(guò)濾器模型做了一些相應(yīng)的簡(jiǎn)化.在邊界條件的處理上作出了大膽的嘗試,將慮料顆粒簡(jiǎn)化為不動(dòng)的固體邊界條件,并且將三維顆粒作柱狀簡(jiǎn)化.模擬過(guò)程中,充分利用軟球模型的優(yōu)點(diǎn)

4、,跟蹤到每一個(gè)粉塵顆粒,統(tǒng)計(jì)粉塵顆粒與慮顆粒的碰撞頻次,從顆粒碰撞的角度來(lái)研究除塵機(jī)理.研究結(jié)果表明,粉塵顆粒與過(guò)濾層顆粒間碰撞次數(shù)同過(guò)濾除塵效率之間在變化趨勢(shì)上存在定性的一致,顆粒間的碰撞對(duì)除塵效果起著重要作用.移動(dòng)床顆粒層除塵過(guò)程數(shù)值模擬的結(jié)果表明,系統(tǒng)的表觀速度,慮料粒徑以及粉塵粒徑對(duì)除塵性能有著重要影響.模擬結(jié)果顯示的碰撞次數(shù)隨著這些參數(shù)的改變趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的除塵效率的改變定性一致.計(jì)算結(jié)果表示在移動(dòng)床過(guò)濾中過(guò)濾效率對(duì)塵粒粒