管束除雾器除雾特性数值解析

模型建立与计算方法

1.1 流场计算的假设

管束式除雾器由为多个圆筒组成，圆筒内周向布置扇形叶片。烟气携带大量液滴，经叶片旋流后产生向上的离心运动。液滴惯性较大，易脱离烟气的旋流轨迹而甩向壁面，粘附在壁面上下滑，从而实现气液分离。为在保证与实际情况尽可能契合的前提下减小计算量，本文仅针对单个管束通道内的烟气流动进行流场计算，并做出以下假设与简化：

（1）烟气流场为定常流场，流动参数不随时间变化。

（2）将烟气视为不可压缩气体。

（3）忽略叶片厚度，将其视为无限薄的面。

（4）以水代替浆液，且颗粒直径视为恒定，忽略蒸发，冷凝，聚并等过程。

（5）颗粒碰到壁面即视为被捕捉，不再参与剩余计算过程

1.2 模型的建立

采用三维建模软件solidworks对管束式除雾器进行几何建模，采用网格划分软件icem对模型进行非结构化网格划分。由于叶片处烟气流态发生急剧改变，为加强计算的精度，对叶片处网格进行适当加密。计算域总网格数约140万。

1.3 气相流场计算方法

将烟气视为连续相，采用欧拉法计算气相流场，通用方程为：

式中：ρ-气相密度；？覫-通用场变量；t-时间；u-气相速度；Γ-扩散系数；S-源项。在连续性方程、动量方程及能量方程中，通用场变量？覫和 Γ分别为1、u、T和0、μ、K/c，其中T-气相温度，μ-动力粘度，K-传热系数，c-比热容。

采用三维雷诺时均Navier-stokes处理湍流，由于烟气经过叶片后产生强烈旋流，故本文采用对旋流适应性较好的realizable k-ε双方程模型描述雷诺应力，采用标准壁面函数描述近壁面流动情况。

1.4 颗粒离散相计算方法

将颗粒视为离散相，采用拉格朗日法计算颗粒的运动轨迹。颗粒在气相中所占质量比例较小，可忽略气相与颗粒的双向耦合作用，仅计算颗粒在气相作用下的运动轨迹，颗粒的受力方程为：

式中：up-颗粒速度；u-气相速度；t-颗粒运动时间；FD-气相对颗粒的曳力；gx-重力加速度；ρp-颗粒密度；ρ-气相密度；Fx-外加加速度。

其中：

式中Re为相对雷诺数，表达式为：

颗粒从入口释放，触碰到圆筒壁面或叶片即认为被捕集，不再参与剩余计算过程。计算完毕后统计入口和出口的颗粒质量流量，计算得到除雾器效率：

式中：Qmin-入口颗粒质量流量；Qmout-出口颗粒质量流量。

脱硫塔内颗粒粒径分布范围较广，通常在一至数百微米之间。本文将管束式除雾器布置在二级折流板除雾器之后，粒径20μm以上的颗粒绝大部分已经去除，因此本文不考虑粒径在20μm以上的颗粒，将颗粒粒径范围设定为1～20μm。