【正文】 其數(shù)值模擬理論方法主要為 Euler 法和 EulerLagrange 法。氣固兩相流動(dòng)屬于兩相流中的一種，是多相流動(dòng)的組成部分和理論研究的基礎(chǔ)。兩種求解器對大多數(shù)流動(dòng)求解都適用，但對于某些特 定的流動(dòng)情況，選擇兩種求解器中的某一種，求解結(jié)果或許更精確。幾乎所有的 CFD 商業(yè)軟件都采用有限體積法對 NavierStokes 方程進(jìn)行離散 [36]。盡管如此，有限體積法具有更多的優(yōu)點(diǎn)，該方法的一個(gè)重要特性是能夠應(yīng)用東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 2章 機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹袋濾器的求解模型 12 “有限元”（ finite element）網(wǎng)格形式。 有限體積法是針對控制體而非網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)而言的， 所以可以適應(yīng)任何類型的網(wǎng)格。 （ 1） 控制方程離散 我們是用偏微分基本方程來描述流體流動(dòng)及傳熱等抽象物理問題的，想要得到它們的解析解或者近似解析解，在絕大多數(shù)情況下都是非常困難的，甚至是不可能的。方程 右邊的前三項(xiàng)分別表示熱傳導(dǎo)、組分?jǐn)U散、粘性耗散而引起的能量轉(zhuǎn)移。流體的能量 E 通常是內(nèi)能 i 、動(dòng)能和勢能 P 三項(xiàng)之和，對于能量 E 而言，我們可以建立守恒方程，但建立的方程并不是很好用，一般是從中扣除動(dòng)能的變化，從而得到關(guān)于內(nèi)能 i 的守恒方程。 Poisson 在 1831 年提出可壓縮流體的運(yùn)動(dòng)方程。按照質(zhì)量守恒定律，流入的質(zhì)量與流出的質(zhì)量之差，應(yīng)該等于控制體內(nèi)部流體質(zhì)量的增量，由此可導(dǎo)出流體 流動(dòng)連續(xù)性方程的積分形式為： 0V o l Ad x d y d z v n d At ??? ??? ??? ?? （ ） 式中， Vol 表示控制體， A 表示控制面。在 CFD 技術(shù)中，控制方程遵守流體質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒（牛頓第二定律）以及能量守恒（熱力學(xué)第一定律）， 具體 的控制求解方程是連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程?？梢垣@得計(jì)算結(jié)果的 等值線圖、矢量圖、各個(gè)軸 向的散點(diǎn)圖、粒子的軌跡圖、動(dòng)畫等 。此次選用 求解器 。 （ 2）求解 ： 求解器讀取之前前處理生成的文件后，應(yīng)首先檢查該文件的網(wǎng)格質(zhì)量是否符合求解器的要求， 網(wǎng)格是否出現(xiàn)負(fù)體積。網(wǎng)格的數(shù)目應(yīng)該 夠多，以確保能合理描述流動(dòng)過程；網(wǎng)格的數(shù)目也不應(yīng)過多，以免浪費(fèi)計(jì)算資源。 Gambit 可以幫助設(shè)計(jì)人員 建立相對簡單的幾何計(jì)算模型，然后對模型劃分網(wǎng)格。它設(shè) 計(jì)的流體模擬軟件可以針對不同的工業(yè)背景，應(yīng)用范圍更為廣闊。 Fluent 軟件簡介 Fluent 是用來 模擬具有 復(fù)雜外形的流體流動(dòng)以及熱傳導(dǎo)的 計(jì)算機(jī)程序。 從高層建筑結(jié)構(gòu)到微電機(jī)散熱，從發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇、渦輪、燃燒室等旋轉(zhuǎn)機(jī)械到整機(jī)外流氣動(dòng)分析，可以認(rèn)為只要有流動(dòng)存在的場合，都可以利用計(jì)算 CFD 技術(shù)進(jìn)行分析。 1990 年以后， CFD 終于突破二維領(lǐng)域進(jìn)入到了真實(shí)的三維世界，航空航天領(lǐng)域的需求更加速了這一軟件的發(fā)展，如今涉及流動(dòng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中就包含了不少 CFD 軟件里有關(guān)三維流動(dòng)的應(yīng)用計(jì)算程序。 CFD 發(fā)展 CFD 近 20 年來得到了飛躍的發(fā)展，其與計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)、計(jì)算力學(xué)一樣，都是計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科 [26]。 工程中，為了解決這個(gè)難題，將非穩(wěn)態(tài)的 NavierStokes 方程對時(shí)間做平均處理，期望得到對時(shí)間做平均化的流場。 CFD 模擬能幫助理解流體力學(xué)問題，為實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)，為設(shè)計(jì)提供參考，從而節(jié)省 人力物力 [24]。 對袋式除塵器數(shù)值模擬涉及氣固兩相流理論和多孔介質(zhì)理論，數(shù)值模擬過程中對網(wǎng)格的劃分和求解模型的選擇尤為關(guān)鍵 [22]。我國提出建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)，大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，對現(xiàn)行袋式除塵性能等方面提出了更高的要求。而本 課題正是基于有限元軟件的以上優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹 袋濾 器的溫度場和流場數(shù)值模擬。 本文研究的意義 目前袋式除塵器的主流清灰方式包括借助壓縮空氣的脈沖清灰及反吹式清灰，盡管脈沖清灰可以收到較好的清灰效果，但由于脈沖閥壽命較短，膜片容易破損，因此維修工作量大；需用壓縮空氣，受使用環(huán)境制約，而且壓縮空氣耗量大、帶水等原因，都給脈沖清灰方式帶來一定困難，而反 吹清灰最大的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備內(nèi)部沒有任何精密部件、反吹風(fēng)取自設(shè)備內(nèi)部，溫度平衡，所以現(xiàn)實(shí)使用中用戶更喜歡使用反吹式清灰的袋式除塵器 。 （ 2）用 Fluent 軟件讀入網(wǎng)格文件，選擇適當(dāng)?shù)牧黧w模型 、湍流模型 ，設(shè)定邊界條件，進(jìn)行求解 運(yùn)算。 研究內(nèi)容和研究方法 根據(jù)機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹袋濾器的 CAD 工程 圖，建立袋濾器 內(nèi)流體的計(jì)算模型。因此，袋式除塵器以及其極高的除塵效率和比靜電除塵器更低的 投資成本及運(yùn)行費(fèi)用，必將會(huì)在我國逐漸得到推廣，最終在相當(dāng)程度上取代靜電除塵器。 袋式除塵器的基本特點(diǎn)是除塵效率高、處理風(fēng)量大、操作維修方便，為達(dá)到相同的除塵效率，其投資成本和運(yùn)行費(fèi)用均比靜電除塵器低。靜電除塵的優(yōu)點(diǎn)在于本體壓力損失小，單機(jī)處理煙氣量大、耐高溫、維護(hù)費(fèi)用東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 0 緒論 3 低等，但主要缺點(diǎn)是除塵效率受煙氣和粉塵的物理化學(xué)特性影響 大 [17,18]，對于高比電阻粉塵、微細(xì)和超微細(xì)粉塵等除塵效果不理想。濾料為 720濾料或玻纖濾料 [14,15]。本課題從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，綜合以往數(shù)值模擬的方法和優(yōu)勢，運(yùn)用 Fluent 分析軟件，應(yīng)用多孔介質(zhì)模型為機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹袋濾器建立有限元數(shù)值計(jì)算分析模型，對機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹 袋濾 器的溫度場和流場進(jìn)行數(shù)值模擬，觀察含塵氣體通過濾袋時(shí) 被過濾掉灰塵的前后過程 ，進(jìn)而分析影響機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹 袋濾 器除塵效率的各種因素，得出最優(yōu) 數(shù)據(jù)，減少壓力損失，提高除塵效率，消耗更少的能量，在建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)，提高生活質(zhì)量的今天有重大的意義。機(jī)械回轉(zhuǎn)反東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 0 緒論 2 吹 袋濾 器的突出優(yōu)點(diǎn)是除塵效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、能有效捕集對人體危害最大的 5 微米以下的超細(xì)的微細(xì)顆粒，并且不受氣源的限制，可以防止除塵器內(nèi)部結(jié)露現(xiàn)象，減少布袋堵塞 [10]。 機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹 袋濾 器 采用 圓 形體結(jié)構(gòu) ， 受力均勻，抗爆性好，結(jié)構(gòu)緊湊 [8]； 采用高壓風(fēng)機(jī)反吹清灰，不受氣源條件限制 ； 利用阻力自動(dòng)控制反吹清灰 ， 節(jié)約能源 ， 延長布袋使用 壽命 ； 嚴(yán)寒地區(qū)室內(nèi)安裝 ， 其它地區(qū)都能在室外安裝，可廣泛用于機(jī)械、鑄造、礦山、冶煉、建材、糧食化工等許多部門。 濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成 [4,5]，利用 纖維織物的過濾作用對含塵氣體進(jìn)行過濾，當(dāng)含塵氣體進(jìn)入袋式除塵器 時(shí) ，顆粒大、比重大的粉塵，由于重力的作用沉降下來，落入灰斗，含有 較細(xì)小粉塵的氣體在通過濾料時(shí)，粉塵被阻留，使氣體得到凈化 [6]。 filtering rate。 the peration rate is very small, so, when the dusty gas through the bag before and after, the pressure happen to step, the air rising velocity of filter bag clearance changes smoothly and tend to uniform, so this is more conducive to the sedimentation of particles of just off from the bag by reverse blowing, short the settling time and improve the efficiency of dust removal. Change the filter velocity, the inlet velocity, the height of inlet and depthwidth ratio, the founds by parative analysis the clounds show that: the change of these parameters will not affect the bag filter internal temperature field, pressure field and velocity field distribution law, but change the magnitude of the corresponding parameters。 改變過濾速度、 進(jìn)口速度 、進(jìn)口高度、高寬比 ， 對比分析各云圖發(fā)現(xiàn)：這些參數(shù) 的改變， 不會(huì)影響袋濾器內(nèi)部溫度場、壓力場、速度場分布規(guī)律，只不過改變相應(yīng)參數(shù)的數(shù)值大??；過濾速 度和進(jìn)口速度增大，對袋濾器全壓損失產(chǎn)生嚴(yán)重影響； 流量分配系數(shù)曲線也 同時(shí) 表明 ：過濾速度和進(jìn)口速度增大 ， 袋濾器內(nèi)流量分配更加不均勻 ，對比分析之后得出 ，較低的過濾速度和進(jìn)口速度都有利于流量分配均勻 。 含塵氣體在機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹袋濾器中的運(yùn)動(dòng)是 復(fù)雜的三維氣固兩相流，測試其內(nèi)部流場非常困難。 學(xué)位論文作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留 并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。 bu 分類號 密級 UDC 學(xué) 位 論 文 機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹袋濾器內(nèi)溫度場和流場數(shù)值模擬 作者姓名： 李盼 指導(dǎo)教師： 張振偉 副教授 東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 申請學(xué)位級別： 碩士 學(xué)科類別： 工學(xué) 學(xué)科專業(yè)名稱： 機(jī)械工程 論文提交日期： 2022 年 6 月 論文答辯日期： 2022年 6月 學(xué)位授予日期： 2022 年 7 月 答辯委員會(huì)席： 評閱人： 東 北 大 學(xué) 2022 年 6 月 A Thesis in Mechanical Design and Theory Numerical Simulation of Temperature Field and Fluid Field within Mechanical Rotary Cleaning Bag Filter By Li Pan Supervisor: Associate Professor Zhang Zhenwei Northeastern University June 2022 I 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明 ， 所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。隨著科技的迅猛發(fā)展，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬來分析袋濾器流場分布技術(shù)越來越受到關(guān)注。顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡圖表明：顆粒在過濾室第二圈運(yùn)動(dòng)時(shí)下降幅度很大， 在重力作用和離心力作用下 大部分顆粒 沉降到灰斗中， 濾袋只捕獲了被上旋氣流夾雜的一小部分顆粒。 the filtration rate and inlet velocity increasing have a serious impact on the total pressure loss。 flow distribution 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 目錄 V 目錄 獨(dú)創(chuàng)性聲明 .............................................................................................................................................. I 摘 要 ......................................................................................