不同导流型式的过滤净化装置内气流均匀性研究

发布时间：2020-09-11 16:40

　　随着对“保护环境”的和空气污染控制的愈加重视,各级政府对于企业污染物排放的标准不断地提高,各种污染物的处理与排放也变得越来越严格。例如,上海市于2015年颁布了新的污染物排放标准,要求各种工业车间中的污染物排放必须满足新的浓度限值。因此工业车间中过滤净化设备在处理污染物方面的要求越来越高。但是,实际情况下,由于过滤净化装置本身结构设计的局限,加上实际空间有限等改造条件的制约,造成过滤净化装置内部流场分布不均匀,导致设备内部用于处理污染物的过滤吸附材料寿命使用量不均匀,从而影响整套过滤材料的使用寿命和工作效率。因此,有必要研究过滤净化装置内部的流场均匀性问题。本文以某过滤净化装置为研究对象,利用CFD计算流体力学仿真软件Ansys Fluent 19.2,数值模拟了过滤净化装置的内部流场均匀性。首先建立仿真模型并验证模型计算结果的正确性,研究过滤净化装置内过滤净化材料空间流场分布情况,找出造成装置内部流场在Z方向速度均方根值较大的原因,并分析其影响规律。其次,分析装置进风口结构对VOCs气体均匀性的影响,设计了三种装置结构情形:(1)增设导流板,并改变导流板的尺寸、形状等参数,研究装置空间的气流均匀性;(2)改变装置上部箱体高度等设备结构参数;(3)改变出风口位置。最后,使用正交实验法,模拟分析影响过滤净化装置流场均匀性的四个因素(导流板个数,导流板长度,上部箱体高度,出风口位置),对影响流场均匀性因素进行优劣排序。研究结果表明,过滤净化装置进风口处增加11个高度为100mm的弧形导流板,装置内空腔的流场均匀性最佳。同时,适当增加上部箱体的高度,流场均匀性越好。改善后的过滤净化装置,近过滤净化材料附近平面上的Z方向速度的均方根值比初始工况降低了约76%,流场均匀性得到了良好的改善。
【学位单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU834.8
【部分图文】：

过滤净化,物理模型

ANSYSFluent 还允许您根据流量解决方案优化或粗化网格。由于其采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而拥有最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使 Fluent在转换于湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网络、噪声、材料加工等方面有着广泛应用。2.2 物理模型2.2.1 过滤净化装置物理模型本文以某过滤净化装置为研究对象，其物理模型如图 2-1 所示，主要组成部分为上箱体，下箱体和中箱体（填充过滤净化材料）。进风口位于箱体上部Z=1500mm，Y=50mm 处，进风口尺寸为 600×600mm，出风口位于 Z=0mm，Y=950mm 处。上部箱体尺寸为 1600×900×450mm ，中部箱体尺寸为1600×900×600mm，下部箱体尺寸为 1600×900×450mm。3.导流板1.进风口

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图 2-3 缩比模型风洞尺寸图 2-4 风洞内部测速点位置显示了 CFD 模型的数值结果与风洞实验的测量结果之模拟速度和实验速度之间的差值小于 0.5 米/秒，平均差模拟值和实验值之间的误差，使用最小二乘法进行回归

点位图,风洞,点位

182-3 所示。隧道的高度定义为 Y 轴方向，入口和出口之间的中心线位于 X 轴的位置。九个速度测量点均匀分布在 Y 轴上 X=18mm 的平面上，如图 2-4 所示。在每个测量点测量空气速度。图 2-3 缩比模型风洞尺寸图 2-4 风洞内部测速点位置图 2-5 显示了 CFD 模型的数值结果与风洞实验的测量结果之间的比较。每个测量点的模拟速度和实验速度之间的差值小于 0.5 米/秒，平均差值为 0.19 米/秒。为了分析模拟值和实验值之间的误差，使用最小二乘法进行回归分析,计算结果如表 2-6 所示：表 2-6 回归分析结果回归统计R 0.990734R 平方 0.981553标准误差 0.259224相关系数 R2为 0.982，模拟结果与实验结果的一致性较高，误差较小。这意味着 CFD 模型的模拟结果对于表征流动模式的气流速度分布是可靠的。计算和测量过程中的一些非理想因素，以及有限元模型和实际流动情景之间的差异很大，可能导致模拟值和测量值之间存在一定程度的偏差。考虑到这些客观条件，模拟

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