【摘要】：近年來,伴隨著我國重工業(yè)(電力、化工、水泥和鋼鐵)迅速發(fā)展的同時也造成了環(huán)境污染,特別是工廠中排放的粉塵顆粒造成的污染最為嚴重,為了控制粉塵顆粒物的排放,各種除塵設(shè)備的使用很大程度上減少了工廠排放的顆粒物,但是粉塵對通風(fēng)除塵管道的磨損會使管道的封閉性降低,造成管道系統(tǒng)漏風(fēng),影響塵源控制效果,破壞除塵系統(tǒng)的功能,嚴重影響了通風(fēng)除塵系統(tǒng)的除塵效果,其造成的故障所占的比重最高。因此,研究通風(fēng)除塵管路的磨損規(guī)律對于延長通風(fēng)除塵系統(tǒng)的使用壽命,提高通風(fēng)除塵工作的有效性具有重要現(xiàn)實意義。本文首先基于CFD-DPM離散相模型(Discrete Phase Model,DPM)對通風(fēng)除塵系統(tǒng)90°彎管、直管、三通等管道內(nèi)的磨損進行了數(shù)值模擬,研究了通風(fēng)除塵管道彎徑比(k=R/D)、入口風(fēng)速、粉塵濃度、粉塵粒徑以及管壁材料等對于磨損的影響;其次,基于CFD與離散單元法(Discrete Element Method,DEM)模擬了通風(fēng)除塵管道90°彎管內(nèi)顆粒群對壁面的碰撞以及管道壁面的受力規(guī)律,并與DPM模擬的90°彎管的磨損結(jié)果進行了對比;最后,應(yīng)用CFD-DPM方法并基于RSM響應(yīng)面法(Response Surface Methodology,RSM)研究了彎徑比k以及雷諾數(shù)Re對其磨損的影響,并對其進行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明:(1)CFD-DPM的模擬結(jié)果顯示,在通風(fēng)除塵90°彎管中,粉塵顆粒對管道的最大磨損率會隨著彎徑比的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,且最大磨損率的位置逐漸向彎管的入口靠近,當(dāng)k=3~4時,彎管磨損較小;粉塵顆粒對管道的平均磨損率與入口風(fēng)速基本呈二次方的關(guān)系,與粉塵粒徑基本呈三次方的關(guān)系;同時模擬結(jié)果還表明單分散相顆粒與多分散相顆粒對管壁的磨損規(guī)律是一致的;(2)對于通風(fēng)除塵管道中直管段的模擬結(jié)果顯示,粉塵顆粒對直管的最大磨損率隨著入口風(fēng)速的增加呈現(xiàn)先減小后增大,然后再減小的趨勢,而平均磨損率隨著入口風(fēng)速的增加而減小;粉塵顆粒對直管的平均磨損率與粉塵的入口濃度大致成線性關(guān)系,與粉塵粒徑基本呈三次方的關(guān)系。而對于三通管道,相同工況下垂直三通所受到的最大磨損率要小于Y異型三通;Y型三通的最大磨損率要小于斜三通的最大磨損率,且都隨著Y型三通的夾角和斜三通的傾角的增加而增大,最終趨于平穩(wěn)。當(dāng)斜三通的傾角和Y型三通的夾角在30°附近時,此時所受的最大磨損率最小;(3)CFD-DEM耦合的模擬結(jié)果顯示,在其它工況相同的情況下,通風(fēng)除塵管道90°彎管內(nèi)顆粒群對管道壁面撞擊數(shù)量隨著彎徑比的增加而增多;入口風(fēng)速越大,顆粒群撞擊壁面的數(shù)量增長的越快,但顆粒群對管道壁面撞擊總數(shù)卻越少;濃度的增大直接增加了單位時間內(nèi)進入管道內(nèi)的顆粒數(shù),因此濃度越大,對管壁撞擊的次數(shù)必然增加;而對于顆粒粒徑而言,對其碰撞次數(shù)幾乎沒有影響。90°彎管所受顆粒的最大磨損率點和最大受力點基本上在同一個位置,且最大磨損率所滿足的規(guī)律和所受的最大沖擊力的規(guī)律是一致的,通過與CFD-DPM最大磨損點位置以及磨損規(guī)律的對比驗證了基于CFD-DEM對管道磨損的預(yù)測;(4)基于CFD-DPM方法和基于CFD-DEM兩種方法都可以實現(xiàn)對管道磨損的預(yù)測,且規(guī)律基本一致。但是基于CFD-DEM模擬結(jié)果的精度從整體上要低于CFD-DPM,擬合效果不好。同時,和CFD-DPM方法相比,基于CFD-DEM方法只能通過受力間接判斷管道的磨損情況,而且運行時間長,因此單從磨損規(guī)律的探討角度講,選用CFD-DPM較適用;(5)利用響應(yīng)面法回歸得到90°彎管磨損的二次多項式預(yù)測模型。通過方差分析可知,在管道直徑和顆粒物粒徑一定時,90°彎管的磨損與管道的彎徑比k和雷諾數(shù)Re都有著一定的影響,對磨損影響的顯著性為kRe。在本文的研究范圍內(nèi),通風(fēng)除塵管道存在最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)使管道受到的磨損值達到最小。當(dāng)粒徑為5μm,管徑D=500mm時,最優(yōu)參數(shù)為k=4.2,Re=2.4830×106;當(dāng)粒徑為10μm,管徑D=500mm時,最優(yōu)參數(shù)為k=3.7,Re=2.4830×106。最優(yōu)彎徑比隨著粒徑的增加逐漸減小。
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU834

【參考文獻】

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本文編號：2584220