【摘要】：撲塵罩是潛孔鉆機(jī)除塵系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,對潛孔鉆機(jī)的撲塵能力、撲塵效率以及工作可靠性有重要影響�；趯摽足@機(jī)撲塵罩流場與結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析,采用三維建模軟件Pro/E建立撲塵罩的三維模型,并通過流體分析軟件Workbench對撲塵罩內(nèi)部流場進(jìn)行分析計算。分析了撲塵罩筒體高度、筒體直徑及排氣管傾角對撲塵效果的影響規(guī)律,提出撲塵罩的優(yōu)化設(shè)計方案,并對氣固兩相流進(jìn)行模擬分析。研究結(jié)果表明:當(dāng)撲塵罩筒體直徑為350 mm時、增加撲塵罩筒體高度、增大排氣管的傾角,可減少泄漏環(huán)口的泄漏,有利于撲塵罩的撲塵。
【圖文】：

機(jī)械科學(xué)與技術(shù)第34卷氣管傾角)來減少連接(泄漏)環(huán)口的泄漏，提高除塵系統(tǒng)的工作效率，降低能耗。1模型及控制方程圖1撲塵罩結(jié)構(gòu)參數(shù)1．1物理模型撲塵罩結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中:D1為鉆桿直徑;D2為撲塵罩上端密閉直徑;D3為筒體直徑;D4為排氣管直徑;D5為孔口直徑;H為筒體高度;α為排氣管的傾角。1．2空氣及巖屑速度計算設(shè)定模擬直徑為100mm鉆頭以10m/h速度鉆孔，氣體流量為12m3/min，空氣為不可壓縮氣體，密度為1.205kg/m3，溫度恒定為25℃，鉆桿外徑為76mm，大氣壓力為101325Pa。由鉆速可計算單位時間產(chǎn)生的巖屑體積為0.0013m3/min。在上述孔口參數(shù)下，經(jīng)理論計算與實際測量，設(shè)定孔口氣固兩相流模擬速度為60m/s。1．3控制方程目前，計算流體動力學(xué)常用的湍流數(shù)值模擬方法主要有3種:直接模擬、大渦模擬、應(yīng)用Ｒeynolds時均方程模擬(即湍流的統(tǒng)觀模擬方法)。這幾種方法各有優(yōu)缺點，在處理工程問題時，統(tǒng)觀模擬方法較為經(jīng)濟(jì)、有效［6］。氣固兩相流動數(shù)值模擬與湍流氣相流動數(shù)值模擬相似，但在氣相流場中加入固體顆粒相，必然引起氣相質(zhì)量、動能、能量的變化。因此，氣固兩相湍流流動模擬的關(guān)鍵是顆粒相的模擬。統(tǒng)觀模擬方法中氣固兩相湍流模擬對顆粒相的模擬通常分為2類:1)流體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)，而將顆粒作為離散相處理，在拉格朗日坐標(biāo)系下描述顆粒的運動，以隨機(jī)軌道模型為代表;2)流體與顆�？醋鞴餐嬖谇蚁嗷B透的連續(xù)介質(zhì)，即把顆粒群看作擬流體，在歐拉坐標(biāo)下描述顆粒群的運動［7］。流動中固相巖屑的容積率定義為區(qū)域或單元體中固相的體積與區(qū)域或單元的體積之比。經(jīng)計算，本文工況下的固相巖屑容積率為0.013/(0.013+12)=1.09×10－4。固相顆粒很少，無法

第8期曹亞鵬等:潛孔鉆機(jī)撲塵罩流場分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)口速度設(shè)為60m/s，排氣管口相對壓強(qiáng)設(shè)為100Pa，泄漏環(huán)口相對壓強(qiáng)設(shè)為0。1．5流場仿真分析1)對稱面的速度分布圖3為撲塵罩左右對稱面的速度分布情況。流體進(jìn)入撲塵罩前流速最快，進(jìn)入撲塵罩之后速度降低，到達(dá)撲塵罩體頂端擋板處，左側(cè)流體加速流向排氣管，右側(cè)流體部分從泄漏環(huán)口流出，部分沿壁面回流，在豎直方向上形成較大的渦流。圖2撲塵罩計算網(wǎng)格模型圖3對稱面的速度分布2)撲塵罩側(cè)截面的速度分布圖4為撲塵罩側(cè)面45°虛線豎直截面的速度分布情況。由于受到排氣管負(fù)壓的影響，右側(cè)流體受到罩體壁面的阻礙后會沿壁面向左下方流動，而罩體是對稱的。因此，部分流體再次回流，在豎直截面上形成渦流。圖4撲塵罩側(cè)截面的速度分布圖5整體流線分布3)整體流線分布圖5為整體的流線分布情況:經(jīng)過筒體中心的流線相對比較順暢，但經(jīng)過撲塵罩體的流線不僅在撲塵罩內(nèi)部沿壁面形成渦流，造成二次泄漏可能，而且向排氣管方向流動，在撲塵罩體左下側(cè)碰撞壁面再次形成豎直截面上的渦流，不利于流體的迅速排出，降低了整體的集塵能力。通過以上分析可見，初步設(shè)計的撲塵罩的整體流線狀況不理想，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。1．6參數(shù)影響分析主要考察各參數(shù)對排氣管口處流速與泄漏環(huán)口的泄漏比例的影響，利用Fluent進(jìn)行流場計算。取泄漏環(huán)口、排氣管口的平均速度、最高壓力及泄漏比例進(jìn)行分析。由Fluent計算出來的速度是通過該截面積流線的平均速度，取值較為準(zhǔn)確。1．6．1筒體高度的影響設(shè)鉆桿直徑D1=76mm，撲塵罩筒體直徑D3=400mm，排氣管傾角α=45°。通過改變筒體高度H來進(jìn)行仿真分析，流場結(jié)果如圖6所示。圖6高度H對速度、壓強(qiáng)及泄漏比例的影響從圖6可見:泄漏環(huán)口速度、泄

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本文編號：2734103