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多管式高效空气过滤器的数值模拟研究

张锋超  
【摘要】:本文用数值模拟的方法对多管式高效空气过滤器内的流场流动问题进行了深入的分析和研究。以过滤器物理模型为基础,对过滤器内的流动问题做了合理的假设和简化,建立了该问题的数值模拟模型。该模型以标准k-ε二方程湍流模型为基础,采用UPWIND格式对微分方程进行离散,近壁处的流动采用壁面函数法,对于过滤器内的滤料以多孔介质来处理,其压降符合Darcy定律,并用SIMPLE算法来求解方程,得到了过滤器内流场速度和压力分布状况。在基本模型的基础上,对不同过滤器结构方案的算例进行了模拟运行比较,确定了合理的结构方案。在此基础上进行了不同风量的模拟比较,从而验证了本模拟模型和过滤器结构的广泛适用性。实验数据和模拟结果的对比分析得到了两者的误差,各规格其误差均保持在5%以内,从而验证了本文过滤器数值模拟模型的可靠性、准确性。在此基础上,对过滤器内的流场特征进行了详细深入的分析。在对各规格过滤器滤管间流量分配状况对比分析时发现,本文所研究过滤器的滤管分布相当合理,各滤管间流量差异不超过6%,且大多数滤管间流量差异保持在2%以内。对流量沿管长的分布研究发现,其变化特征表现出较严格的线性关系,这与本文的另外一个结论相一致,即过滤速度沿管长保持稳定,变化幅度在6%以内。此外,滤料两侧的压力差也保持了同样的稳定性,其沿管长也近似不变。这都说明了滤管在长度上其过滤功效相当,保持稳定。研究还表明,滤料阻力占过滤器总阻力的比例相当高,在75%~99%之间,从而说明了滤料阻力的减小是过滤器降阻的重点内容。本文利用数值模拟数据拟合得到了该型过滤器阻力计算公式ΔP=1608v_i~(0.9),以便在工程中对该型过滤器进行阻力初步预测和计算。并对相关文献中的阻力计算公式进行了修正和改进,提出了更为准确的阻力计算公式。


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