濾筒除塵器是種治理工業(yè)粉塵的穩(wěn)定的除塵設(shè)備，由于其除塵效率更高、占地面積小、檢修方便，鋼耗量少的優(yōu)點，逐漸成為多數(shù)企業(yè)除塵設(shè)備。

據(jù)相關(guān)資料介紹，影響除塵器除塵效率關(guān)鍵因素是過濾風(fēng)速和除塵室內(nèi)的內(nèi)部流場分布，過濾風(fēng)速可以根據(jù)顆粒物性、粉塵濃度等因素來調(diào)節(jié)。

內(nèi)對濾筒除塵器內(nèi)部流場特征的研究相對較少，傳統(tǒng)的物理實驗受現(xiàn)有測量技術(shù)的限制，無法獲得除塵器內(nèi)部詳細(xì)的流場分布，從而無法合理的預(yù)估實際生產(chǎn)中存在的問題，而且物理實驗造成的能源浪費也較為嚴(yán)重，除塵器內(nèi)部流場的分析屬于非線性流動問題，理論分析過于復(fù)雜，存在較多的人為因素。

近年來，計算機技術(shù)的高速發(fā)展增加了計算機數(shù)值模擬的可行性，可容易的實現(xiàn)復(fù)雜流動的模擬求解。

本文將對濾筒除塵器的不同進出口夾角對氣流流場的影響進行模擬研究，尋求不同進出口夾角對氣流分布均勻性的影響規(guī)律。

1、除塵器概述

濾筒除塵器是在布袋除塵器的基礎(chǔ)上，將濾袋升為濾筒，以期實現(xiàn)提高過濾效率及增加過濾風(fēng)量的新代除塵產(chǎn)品；與布袋除塵器相比，不僅在過濾風(fēng)量和過濾效率方面得到了巨大的提高，同時濾筒除塵器具有低壓運行、低阻損等顯著優(yōu)點。

因此濾筒除塵器可以做到結(jié)構(gòu)緊湊，大大減少占地面積，降低初期投資及運行維護成本。

1.1 濾筒除塵器工作原理

濾筒除塵器的過濾方式為表層過濾，含塵氣體由進風(fēng)口進入除塵器后，由于空間的擴大及導(dǎo)流板的氣流分布作用，氣流流速變緩，含塵氣流中顆粒粗大的粉塵在重力和慣性力作用下落入灰斗；而微細(xì)粉塵隨氣流進入除塵室，由于布朗效應(yīng)以及濾筒的篩分作用，終使粉塵沉積在濾料表面上，當(dāng)濾筒兩側(cè)壓差達到設(shè)定值后脈沖清灰裝置動作進行清灰，使粉塵落入灰斗；凈化后的氣體進入凈氣室由排氣管匯集到出氣口經(jīng)風(fēng)機排出，落入灰斗的粉塵經(jīng)卸灰閥排出除塵器。

1.2 進出口位置對氣流的影響

據(jù)相關(guān)資料介紹，影響除塵器除塵效率關(guān)鍵因素是粉塵性質(zhì)、濾筒材質(zhì)、過濾風(fēng)速和除塵室的氣流上升速度等因素有關(guān)。其次，還與清灰方法及清灰能力有關(guān)。

對于粉塵性質(zhì)、濾筒特性、和風(fēng)速的研究較多，而對氣流的上升的研究較少。含沉氣流的上升速度及流場主要受進風(fēng)口位置和出風(fēng)口位置影響大。

根據(jù)有關(guān)資料對側(cè)下進風(fēng)、下進風(fēng)、側(cè)中進風(fēng)、側(cè)上進風(fēng)等不同進風(fēng)方式的分析，得出側(cè)中進風(fēng)方式是進風(fēng)方式。氣流在灰斗和塵氣室內(nèi)沒有形成渦流，流場較為均勻。

因此，在下文的模擬中采用側(cè)中進風(fēng)的進氣方式。本文為探索不同出口方式對濾筒除塵器氣流分布均勻性的影響，采用進出口夾角為0°、90°和180°3種出口形式進行模擬分析。

1.3 滲透率

滲透率K是描述多孔介質(zhì)性質(zhì)的個關(guān)鍵參數(shù)，表征在外加壓力梯度的作用下種流體通過多孔介質(zhì)的容易程度。

本例中含塵氣流在除塵器內(nèi)部的流動可看作恒定不可壓縮流動，濾筒可看作有限厚度的薄膜，通過它的壓力變化定義為達西定律和附加內(nèi)部損失項的結(jié)合：

1.4 濾筒流量分配系數(shù)

濾筒的流量分配系數(shù)是指每個濾筒實際處理氣體流量與平均處理氣體流量的比值，該參數(shù)可有效反應(yīng)單個濾筒的實際過濾情況，記作Kqi，其公式表示為：

 該系數(shù)越小，說明流量分布越均勻，對濾筒除塵器整體設(shè)計越好。

2、建模

濾筒除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，若不對其進行簡化處理，那么除塵器流場的分析將會非常復(fù)雜，以至于計算機無法完成計算，因此，需要對除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做適當(dāng)簡化，假設(shè)如下：

（1）濾筒除塵器主要處理粉塵對象為炭黑等輕質(zhì)干燥粉塵，因此，可將輕質(zhì)粉塵和氣體的混合物看作是種均勻介質(zhì)，在進行數(shù)值模擬時，將該氣固兩相流近似簡化成具有平均流體特性的單相流處理。

（2）濾筒除塵器在實際運行過程中，濾筒表面的粉塵量是不斷變化的，而在此不進行動態(tài)分析，僅做些靜態(tài)模擬，即在粉塵層厚度定的情況下做壓強、速度及流量分配等的分析。

（3）濾筒結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，褶數(shù)較多，對于數(shù)值分析的建模及計算不利，因此，將濾筒除塵器簡化為圓柱狀，其他相關(guān)設(shè)置參數(shù)做進步相似更改。

根據(jù)模型簡化的規(guī)則，去除脈沖噴吹部分、連接部分以及清灰部分等，在SOLIDWORKS中創(chuàng)建的三維模型。

根據(jù)某公司的除塵器模型，除塵器的進口尺寸為500mm×500mm，出口尺寸為200mm×1000mm，3種建模出口方位與進口方位的夾角分別0°、90°為和180°。

將SOLIDWORKS中創(chuàng)建的三維模型導(dǎo)入Gambit進行有限元網(wǎng)格劃分，在Gambit中采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分技術(shù)進行網(wǎng)格劃分。

網(wǎng)格劃分完成后導(dǎo)入SOLIDWORKS軟件中，依次點擊Mech→Polydedra→Convert Domain，經(jīng)過短暫的時間轉(zhuǎn)化后，將四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為多面體網(wǎng)格，提高計算效率。

除塵器規(guī)格為濾筒個數(shù)6排8列，共48個，濾筒規(guī)格為150mm×1500mm，過濾總風(fēng)量為6900m3/h，即濾筒過濾風(fēng)速約為0.8mm/min，本模擬中濾筒采用的是非覆膜式，采用的濾筒滲透率α為1×10-5m2。

為更好的分析濾筒間氣流分布情況，方便下文敘述，現(xiàn)對濾筒進行編號，靠近進氣口的為列，示意圖見圖2。

 3、模擬結(jié)果分析

綜合3種出口位置模型模擬數(shù)據(jù)，繪制3種出口位置下的綜合流量分配系數(shù)如下圖3所示。綜合流量分配系數(shù)反映了3種出口位置的除塵器的流量分配情況。從圖3可以看出，進出口夾角為90°和夾角為180°的除塵器模型的流量分配均勻性均較好，而進出口夾角為0°的除塵器模型氣流分配均勻性較差。

將3種出口形式的濾筒總過濾風(fēng)量進行統(tǒng)計，進出口夾角為0°的除塵器的過濾風(fēng)量的質(zhì)量流量為2.349 kg/s1進出口夾角為90°的除塵器為2.350 kg/s1進出口夾角為180°的除塵器為2.346 kg/s，3種出口形式的濾筒總過濾風(fēng)量差值大為0.004 kg/s，小于總過濾風(fēng)量的1%，因此，可以將3種出口形式下的氣流分布進行對比。

 對3種出口形式的濾筒除塵器不同排和不同列濾筒過濾風(fēng)量進行統(tǒng)計(1~8號濾筒為1排，9~18號濾筒為2排，以此類推，直到41~48號濾筒為六排。1、9、17、25、33和41號濾筒為1列，2、10、18、26、34和42號濾筒為2列，以此類推，直到8、16、24、32、40和48號濾筒為8列，繪制表格見表1和表2。

 根據(jù)上述表格，繪制不同排濾筒過濾風(fēng)量圖及不同列濾筒過濾風(fēng)量圖。

不同排和不同列濾筒過濾風(fēng)量圖顯示了整個除塵器的過濾情況，從以上分析數(shù)據(jù)可以看出，不論何種出口位置，整個除塵器中心部分的濾筒過濾風(fēng)量均有所降低，即靠近除塵器側(cè)壁的除塵器的過濾風(fēng)量較高。

再來觀察不同排濾筒過濾風(fēng)量統(tǒng)計圖，重點分析6排濾筒的過濾風(fēng)量，從圖中可以明顯看出，進出口夾角為90°的濾筒除塵器的6排濾筒過濾風(fēng)量

 再來觀察不同列濾筒過濾風(fēng)量統(tǒng)計圖，重點分析1列和8列濾筒的過濾風(fēng)量，進出口夾角為0°的除塵器的1列濾筒過濾風(fēng)量進出口夾角為180°的除塵器的8列濾筒過濾風(fēng)量明顯高于進出口夾角為0°的除塵器，略高于進出口夾角為90°的除塵器。

綜合模擬結(jié)果可以得出結(jié)論，進出口夾角為180°時氣流分布均勻。

流場在相同的總過濾風(fēng)量下，出口位置會導(dǎo)致與之鄰近的濾筒的過濾風(fēng)量的提高，進出口夾角為180°時氣流分布均勻。

4、結(jié)論

為探索不同進出口夾角對濾筒除塵器氣流分布均勻性的影響，采用進出口夾角為0°、90°和180°3種出口形式進行模擬分析，分別從不同排和不同列的濾筒過濾風(fēng)量和綜合流量分配系數(shù)的角度對比得出：出口位置會致與之鄰近的濾筒的過濾風(fēng)量的提高。

綜合考慮濾筒流量分配系數(shù)和各濾筒過濾風(fēng)量，在設(shè)計濾筒除塵器時，應(yīng)盡量選用進出口夾角為180°即進風(fēng)口位置相對的氣流分布方式。