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關于旋風除塵器論文
提要
通過實驗測定了常規旋風除塵器內下降流量沿高度的分布，發現在排氣芯管入口斷面附近有約24%的短路流量。測定了安裝不同類型減阻桿后的下降流量，發現非全長減阻桿下端固定時，有增加減阻桿上方斷面下降流量的功效，這將延長含塵氣流在除塵器內的停留時間，提高除塵效率。
關鍵詞：
旋風除塵器、短路流路下降、流量減阻桿停留時間
Abstract
Presents the measured distrib utio nof flowrateat different height sina norma lcyclone with and without Repsd,finds that there existsa short circuit of about 24 percent of total flowrate in the space near the exit of the cyclone.Based on the fact that the short Repdscan in crease the flowrate indifferen the ightsof the cyclone,and reasons that this kindof Repds canin crease the separatione fficiencyofacy clone while reducing the pressure drop.
Keywords：
cyclone，short circuit flowrate，downward flowrate，Repds，retentionperiod
1、引言
旋風除塵器內不同高度斷面上的過流量，對上行流來講為上升流量，對下行流來講為下降注量，上升流量和下降流量的忽略漏風因素時應該是相等的。為簡單起見，將斷面上的過流量簡稱為下降流量。下降流量是旋風除塵器一個重要性能指標，研究旋風除塵器內沿高度下降流量的分布規律及如何增加斷面上的下降流量，是很有實際意義的。
2、實驗模型及上、下行流區過流量的平衡計算
實驗模型為筒體直徑D=340mm的Stairmand高效型旋風除塵器，實驗中控制系統處理風量L=0.1237m3/s，測量斷面的劃分見圖1以斷面1例，由實驗所得四方位軸向速度分布的測量計算結果擬合所得軸向速度表達式為vz=5.67108×107r6—3.04708×107r5+6.33889×106r4—609267r3+22966.6r2—28.6704r—1.91616
（1）式中vz為軸向速度，m/s；r為測量點距軸心的距離，m。
所繪曲線如圖2中實線所示，圖中散點為擬合前四方位軸向速度平均值。
圖1實驗模型的斷面劃分圖2常規旋風除塵器斷面1處軸向速度分布
因此，從圖2可知上升流量Lu為：
（2）下降流量Ld為：
（3）將式（1）代入式（2）和式（3）得上、下行流區過流量分別為Lu=0.1821m3/s，Ld=0.1713m3/s
由此可見，由于實驗過程中存在的誤差以及公式擬合時的誤差，積分所得的上、下行流區過流量并不相同，其判別的大小反映了整體誤差的大小。此時、上、下行流區地流量的相對誤差
由于該相對誤差不大，下文將上、下行流區過流量的平均值L=0.1767m3/s作為該斷而后下降流量。
3、斷面1以上短路流量的驗算
從上述上、下行流區過流量的計算已經知道，斷面1處的下降流量為0.1767m3/s。因此時旋風除塵器的處理流量為0.2317m3/s，所以，其差值0.055m3/s便是斷面1以上從下行注區向心流入上行流區的空氣流量。這部分流量占除塵器處理風量的23.7%。
在除塵器排氣芯管入口斷面0至斷面1僅30mm的高度范圍（占除塵器總高度1360mm的2.2%）內，就有占總處理風量23.7%的空氣進入上行流而被排出除塵器，這說明在除塵器入口和排氣芯管入口附近存在很大的短路流量（下文中將斷面1以上部分進入上行流區的注量統稱為短路流量）。盡管這部分含塵空氣并不是像管流那樣直接從除塵器入口流到排氣芯管入口，要經過一定角度的旋轉運行，但含塵空氣在除塵器內這樣短的停留時間，不可能給粉塵提供足夠的分離能力。因此筆者認為，旋風除塵器入口附近很大的短路流量，將是提高旋風除塵器效率的一個方向。
旋風除塵器的短路流量理論上還可以通過徑向速度對排氣芯管入口斷面0至斷面1的芯管假想處長管壁面積的積分求得。為此，將每一斷面處，排氣芯管半徑r=0.085m時的徑向速度進行四個方位的平均，然后將徑向速度對高度（這里以測量斷面編號代替）的分布進行多項式擬合，其結果如圖3所示。
由圖3可知芯管入口斷面0與斷面1之間徑向速度的軸向分布，為簡便起見，短路流量按平均速度計算：
平均徑向速度
流通面積S=2πrh=2π×0.085×0.03=0.01602m2
所以短路流量Ls=
圖3常規旋風除塵器內徑向速度的軸向分布
這里按徑向速度計算所得的短路流量0.0521m3/s比前面按軸向速度計算所得的短路流量0.055m3/s小5.3%。原因是按徑向速度計算短路流量時，沒有考慮排氣芯管與筒壁之間環形空間的二次流問題。從測量所得全流場軸向速度的分布可明顯看出，排氣芯管外壁附近向下的軸向速度增大，這部分流體沿芯管外壁向下注到芯管入口斷面迅速短路排出除塵器。因此，實際情況是在芯管入口斷面處有更大的徑向速度。而上述計算中（圖3）芯管入口斷面0的徑向速度是通過斷面11至斷面1的徑向速度沿軸向的分布規律外延得到，其量值必然偏小，從而導致計算所得的短路流量偏小。
鑒于上述分析，并考慮到誤差并不大的實際情況，筆者認為由軸向速度分布計算所得的短路流量和由徑向速度分布計算所得的短路流量是吻合的。因此，無論是從流場測定結果與前人所得結果的對比，還是從上、下行流區過流量的平衡，或者從按不同途徑計算所得的短路流量能夠較好地吻合，都證明了本文實驗方法的可靠、所得實驗結果的準確。
4、安裝減阻桿前后下降流量的比較
按照前面軸向速度對流通面積積分的方法，一并計算常規旋風除塵器安裝了不同類型減阻桿[2]后下降流量的變化，并將各種情況下不同斷面處下降流量占除塵器總處理流量的百分比繪入圖4（為方便起見，以減阻桿型號代替安裝減阻桿后除塵器的型號），為表明上、下行流區過流量的平均值即下降流量與實際上、下地流區過流量差別的大小，圖4中同時描繪出了誤差帶。
圖4減阻前后下降流量的比較
從圖4可看出各模型的短路流量及下降流量沿除塵器高度的變化。與常規旋風除塵器相比，安裝全長減阻桿1#和4#后使短路流量增加但安裝非全長減阻桿H1和H2后使短路流量減少。安裝1#和4#后下降流量沿流程的變化規律與常規旋風除塵器基本相同，呈線性分布，三條線近科平行下降。但安裝H1和H2后，分布呈折線而不是直線，其拐點恰是減阻桿從下向上插入所伸到的斷面位置。由此還可以看到，非全長減阻桿使得其伸至斷面以上各斷面的下降流量增加，下降流量比常規除塵器還大，但接觸減阻桿后，下降流量減少很快，至錐體底部達到或低于常規除塵器的量值。
短路流量的減少可提高除塵效率，增大斷面的下降流量，又能使含塵空氣在除塵器內的停留時間增長，為粉塵創造了更多的分離機會。因此，非全長減阻桿雖然減阻效果不如全長減阻桿，但更有利于提高旋風除塵器的除塵效率。
5、結論
常規旋風除塵器排氣芯管入口斷面附近存在高達24%的短路流量，這將嚴重影響整體除塵效果。如何減少這部分短路流量，將是提高效率的一個研究方向。非全長減阻桿減阻效果雖然不如全長減阻桿好，但由于其減小了常規旋風除塵器的短路流量及使斷面下降流量增加、使旋風除塵器的除塵效率提高，將更具實際意義。
6、參考文獻
(1)CJStaimand.The design andper for man ceofcycloneseparator.Trans Instn Chem Engrs，1951,29:356—383.
(2)王連澤，彥啟森，三維旋轉流場特征與壓力損失關系的研究，工程力學，1998，15（4）：43—49.
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