【摘要】：采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法對折流式旋轉(zhuǎn)床氣相流場和壓力分布進(jìn)行了模擬,研究了折流式旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣量對轉(zhuǎn)子外側(cè)和內(nèi)側(cè)氣相流場的影響,并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了驗(yàn)證.結(jié)果表明,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對誤差在9%以內(nèi);氣體由轉(zhuǎn)子外側(cè)進(jìn)入轉(zhuǎn)子內(nèi)時(shí),流速明顯改變,切向速度占總速度的76.1%~99.9%,軸向速度和徑向速度均較小.隨氣體流量和轉(zhuǎn)速增大,切向速度明顯增大.氣體流出轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)時(shí),動圈附近存在一個(gè)最低壓力和一個(gè)最高壓力,產(chǎn)生了逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2個(gè)漩渦.兩漩渦交界處氣體流動較劇烈,靠近轉(zhuǎn)軸處氣體存在回流,但速度較小.
【圖文】：

42過程工程學(xué)報(bào)第17卷下旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子內(nèi)腔中的氣體呈螺旋式上升和下降，以切向氣速為主，軸向氣速和徑向氣速均較小.本工作基于前人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和方法[12-14]，利用Fluent軟件，分別通過改變轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣量對旋轉(zhuǎn)床壓降分布狀態(tài)進(jìn)行了模擬，并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證.2模型2.1物理模型與網(wǎng)格劃分折流式旋轉(zhuǎn)床如圖1所示，殼體外徑為0.42m，高0.16m.轉(zhuǎn)子內(nèi)徑為0.101m，外徑為0.284m，高0.051m.轉(zhuǎn)子由9對動靜圈和1個(gè)短靜圈組成，9個(gè)靜圈高度為0.038m，外徑分別為0.130,0.157,0.178,0.197,0.216,0.235,0.250,0.265,0.284m，短靜圈位于轉(zhuǎn)子的內(nèi)緣，高0.02m，外徑為0.101m.9個(gè)動圈的高度為0.044m，外徑分別為0.117,0.145,0.168,0.189,0.208,0.229,0.242,0.260,0.276m，其中無孔部分高度為0.013m，孔徑為0.0015m，孔間距為0.0025m.對折流式旋轉(zhuǎn)床建立二維模型，研究對象為旋轉(zhuǎn)床進(jìn)氣口平面且與轉(zhuǎn)軸垂直的剖面.采用GAMBIT對模型結(jié)構(gòu)化四邊形進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并對動網(wǎng)格進(jìn)行加密和無關(guān)性監(jiān)控，結(jié)果表明與網(wǎng)格的數(shù)無關(guān)，取網(wǎng)格數(shù)約為10萬個(gè).網(wǎng)格檢查中縱橫比小于3，網(wǎng)格單元夾角≤0.1，最小尺寸為1.32×10-4，最大尺寸為1.67×10-3，保證了較好的網(wǎng)格質(zhì)量.圖1折流式旋轉(zhuǎn)床實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1Schematicdiagramofexperimentalapparatusoftherotatingzigzagbed2.2邊界條件設(shè)置氣體入口設(shè)置為質(zhì)量流量入口，均勻分布且切向進(jìn)入入口截面；氣體出口設(shè)置為壓力出口，設(shè)置初始值和操作條件為大氣壓，速度0.057~0.234m/s.將動圈設(shè)置為旋轉(zhuǎn)墻，轉(zhuǎn)速600~1200r/min，模擬用氣相為空氣.2.3計(jì)算方法選用RNGk-湍流模型計(jì)算旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的氣相流場，公式如下：divudivgradS,t其中，為氣體密度(kg/m3)

進(jìn)氣管圖3氣體速度矢量局部放大圖(軸在右邊)Fig.3Gasvelocityvectordiagramoflocalamplification(shaftontheright)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床后，迅速充滿旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子外緣與殼體間的腔體，然后從周圍沿切向進(jìn)入轉(zhuǎn)子.從圖可看出，氣體剛進(jìn)入轉(zhuǎn)子時(shí)沿徑向運(yùn)動，受到靜盤上折流圈的阻擋，速度方向發(fā)生變化，此時(shí)氣體大部分沿著靜折流圈向下運(yùn)動，克服離心力作用后進(jìn)入下一個(gè)間隙繼續(xù)向出口方向運(yùn)動，少部分氣體從動圈上部分的小孔中流過.4.2轉(zhuǎn)子外側(cè)氣相流場分布為研究轉(zhuǎn)子外側(cè)氣體速度的變化情況，在轉(zhuǎn)子入口位置設(shè)置a~e五個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(圖4)，高度z=0.013m，距轉(zhuǎn)子中心的距離ra=0.280m，rb=0.318m，rc=0.351m，rd=0.384m，re=0.417m.將氣體速度分解為切向速度vθ(以旋轉(zhuǎn)床旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎?、軸向速度vz(以垂直向上為正)和徑向速度vr(以指向旋轉(zhuǎn)軸方向?yàn)檎?.圖4轉(zhuǎn)子外側(cè)檢測位點(diǎn)示意圖Fig.4Schematicdiagramoftestsiteontheoutsideoftherotor不同轉(zhuǎn)速和氣量條件下，氣相切向、徑向和軸向速度隨半徑的分布如圖5所示，折流式旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子外側(cè)氣體的切向速度vθ遠(yuǎn)大于徑向速度vr和軸向速度vz，切向速度vθ占總速度v的76.1%~99.9%.切向速度、徑向速度和軸向速度與氣量G和轉(zhuǎn)速n有關(guān).氣量增大，速度明顯增大.速度隨轉(zhuǎn)速增加而增大.在a截面中，當(dāng)r/Rro1(Rro為轉(zhuǎn)子外徑)，氣體沿軸向向上(vz0)，由于截面a距動圈較近，受到轉(zhuǎn)子的離心力，氣相切向、徑向和軸向速度大于b，c，d，e截面.當(dāng)r/Rro1時(shí)，氣相切向、徑向和軸向速度受轉(zhuǎn)速、氣量影響基本不變.r/Rro=1時(shí)，，由于截面b靠近靜圈，氣體受到靜圈的阻擋，徑向速度最低.靜圈靜止不動，徑向速度和軸向速度不受影響.氣體的徑向速度主要受動靜圈影?
【作者單位】： 浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院浙江省生物燃料利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【分類號】：TQ051.1;TQ018

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【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2538370