袋式除尘器脉冲清灰非稳态数值模拟及性能优化

论文摘要

脉冲清灰是喷吹式袋除尘器过滤再生的重要工作过程,其性能的优劣直接关系到节能减排效能。然而,袋式除尘器清灰过程因其时间短暂、影响因素众多、气流高速可压变化快等特点,使得清灰机理至今为止没有明确的定论。同时柔性滤袋在清灰气流作用下随机变形,难以用数学方程进行描述,不多的文献采用数值模拟方法对清灰过程进行了仿真计算,然而几乎所有模拟都将滤袋设为刚性介质,认为其不发生膨胀和收缩,计算结果难以接近工程实际。针对上述问题,本课题基于流体动力学、热力学及弹性力学等理论,采用非稳态数值模拟、计算结构动力学（CSD）方法,将喷吹管各喷嘴喷吹偏心角及流量分布情况作为安全性能评估指标,喷嘴速度及其压力分布、滤袋最大变形加速度等作为清灰性能评价指标,研究脉冲清灰过程中相关因素对袋式除尘器清灰性能及滤袋可能破损的影响,以此对袋式除尘器脉冲清灰规律与机理作深入研究,实现其综合性能全面准确的评估。本文主要研究内容及成果如下：（1）针对喷吹管在喷嘴处的压力和速度实测比较困难的问题,采用非稳态数值模拟方法,对实际工程中的喷吹管+喷嘴多种组合结构进行深入研究,获得了性能较优的组合方案。（2）多数文献将滤袋设为刚性介质对清灰过程进行数值模拟研究。本文采用CFD/CSD耦合计算方法,细致研究了脉冲清灰过程中相关因素对袋式除尘器清灰性能的影响,为清灰装置的优化设计提供参考。（3）净气室引流对清灰性能影响的探讨表明：净气室引流有利于滤袋产生更大的变形及缩短最大变形出现时间；文氏管的增加有利于强化引流,从而获得更大的清灰动力,且外置文氏管较内置更优。（4）实现了模型及工况的全参数化设计,为不同工况下全系列产品的仿真设计分析平台提供了技术基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外对袋式除尘器脉冲清灰的研究现状
• 1.2.1 袋式除尘器脉冲清灰装置
• 1.2.2 袋式除尘器脉冲清灰机理
• 1.2.3 袋式除尘器脉冲清灰动态过程描述
• 1.2.4 袋式除尘器脉冲清灰粉尘受力分析
• 1.2.5 袋式除尘器脉冲清灰的影响因素及性能评估
• 1.2.6 袋式除尘器脉冲清灰数值模拟
• 1.3 计算机数值模拟技术
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 袋式除尘器脉冲清灰数值模拟的理论模型
• 2.1 袋式除尘器脉冲清灰非稳态流动数学模型
• 2.1.1 基本假设
• 2.1.2 边界条件
• 2.1.3 控制方程
• 2.1.4 理想气体状态方程
• 2.2 袋式除尘器滤袋动态响应描述数学模型
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 边界条件
• 2.2.3 本构方程
• 2.2.4 运动方程
• 2.3 本章小结
• 第3章 脉冲清灰过程中喷吹管非稳态数值模拟
• 3.1 研究的指导思想和方法
• 3.2 数值模拟的条件
• 3.3 喷吹管非稳态流动数值模拟的分析
• 3.3.1 入口流量对喷吹管非稳态流动的影响分析
• 3.3.2 喷嘴类型对喷吹管非稳态流动的影响分析
• 3.3.3 喷嘴个数对喷吹管非稳态流动的影响分析
• 3.4 数值模拟结果验证
• 3.5 袋式除尘器性能优化建议
• 3.6 本章小结
• 第4章 脉冲清灰过程中滤袋动态响应描述
• 4.1 研究的指导思想和方法
• 4.2 数值模拟的条件
• 4.3 滤袋动态响应描述分析
• 4.3.1 滤袋力学材料参数对滤袋动态响应的影响分析
• 4.3.2 滤袋长度对滤袋动态响应的影响分析
• 4.3.3 滤袋直径对滤袋动态响应的影响分析
• 4.3.4 喷吹管入口流量对滤袋动态响应的影响分析
• 4.3.5 喷吹时间对滤袋动态响应的影响分析
• 4.3.6 喷吹高度对滤袋动态响应的影响分析
• 4.3.7 文氏管尺寸对滤袋动态响应的影响分析
• 4.3.8 文氏管布置对滤袋动态响应的影响分析
• 4.4 净气室引流对滤袋动态响应的影响探讨
• 4.5 数值模拟结果验证
• 4.6 袋式除尘器性能优化建议
• 4.7 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 本文展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果