【摘 要】
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流经弯管的气固两相流普遍存在,如烟气采样、天然气等气力输送。微细颗粒在采样弯管内沉积将降低采样精度,较大粒径颗粒对弯管壁面的冲蚀也给生产效率和安全带来重要影响。在弯管内了解各种因素对沉积效率的影响,探索降低最大冲蚀率的方法,具有重要学术意义和工业应用价值。本文数值研究了微细颗粒在标准90°弯管内的沉积特性以及较大粒径颗粒在不同结构弯管内的冲蚀特性。采用RNG k–ε湍流模型和拉格朗日颗粒跟踪模型模
【基金项目】
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国家重点研发计划重点专项(2018YFB0605101),燃煤过程中砷、硒、铅等重金属的控制技术;
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流经弯管的气固两相流普遍存在,如烟气采样、天然气等气力输送。微细颗粒在采样弯管内沉积将降低采样精度,较大粒径颗粒对弯管壁面的冲蚀也给生产效率和安全带来重要影响。在弯管内了解各种因素对沉积效率的影响,探索降低最大冲蚀率的方法,具有重要学术意义和工业应用价值。本文数值研究了微细颗粒在标准90°弯管内的沉积特性以及较大粒径颗粒在不同结构弯管内的冲蚀特性。采用RNG k–ε湍流模型和拉格朗日颗粒跟踪模型模拟了气固两相流。对于沉积特性,研究了在90°方形弯管的不同壁面上弯曲比对沉积效率的影响,还分析了横截面形状对沉积效率的影响、二次流和颗粒轨迹。结果表明:相同水力直径下,方形弯管内沉积效率小于圆形弯管。侧壁面附近的颗粒在二次流漩涡作用下向内弯壁面移动。在弯曲比为3时,随Stokes数增加,内壁面的沉积效率先增加后减小,且颗粒主要沉积在中间偏转角度范围;而外壁面的沉积效率在缓慢增加后快速增加。内壁面的沉积效率随弯曲比的增加而减小。对于外壁面上沉积效率的分布,当弯曲比为3时,Stokes数在0.29和1.03之间的颗粒的沉积效率沿着外弯壁面逐渐增加;而当弯曲比增加时,较大Stokes数颗粒的沉积效率在弯管出口附近开始下降,且下降趋势的起点向上游移动。对于冲蚀特性,构建了由弯管(θ1)–直管(L)–弯管(θ2)组成的竖直转水平的组合弯管,研究了流场、颗粒轨迹、冲蚀分布、最大冲蚀率和年总冲蚀质量。结果表明:组合弯管具有一定的流动缓冲性能,直管外壁面压力低于弯管。标准90°弯管和θ1=45°的组合弯管内冲蚀分布为带有“V”形冲蚀疤痕的椭圆形冲蚀区域。而在θ1=15°和θ1=30°的组合弯管内,随着直管长度增加,“V”形疤痕消失,同时伴随条纹形冲蚀疤痕的出现及消失。在θ1=15°的组合弯管内,直管长度大于2D时,最大冲蚀率从被强化转变为被减弱。θ1=30°、L=1.5D、θ2=60°的组合弯管抗冲蚀性能更好,且它的最大冲蚀率比90°弯管降低了60.7%。除了在θ1=15°、L≤1.5D的组合弯管内年总冲蚀质量与90°弯管相近外,在其他组合弯管内年总冲蚀质量都大于90°弯管。
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