VJFGB-30W-C仿真
濾筒沖刷原因分析
如圖1所示，7、8號濾筒由于更靠近壁面，與壁面之間的空間突然變狹小，氣流經過此處時速度會增加，左側紅框內速度大概在25m/s以上，右側大約15m/s。
圖1 氣流跡線圖
圖2為濾筒表面風速，從圖中可以看出，7號濾筒左側出現全局最高風速，8號濾筒右側風速雖然非全部最高風速，但其出現大面積承受高風速的情況。
圖3-1、3-2為顆粒軌跡圖，顆粒材料為銅，質量流率較低、粒徑小、密度大，所以考慮重力和空氣曳力。由圖可知，5、7、8號三個濾筒均受到顆粒的直接沖擊。 綜上，5、7、8號濾筒均沖刷較為嚴重，其中7、8號最嚴重，主要原因為通過這兩個濾筒側面的風速過大，顆粒能量大，對濾筒撞擊能量大。
圖2 濾筒表面風速
圖3 -1顆粒軌跡圖
圖3 -2顆粒軌跡圖
圖4 濾筒磨損云圖
管道數據計算
一、管道入口出口編號
二、管道中間截面速度云圖
三、管道中間截面壓力云圖
四、管道出口截面速度云圖
五、管道速度跡線圖
VJFXB-7.5ANT濾筒沖刷優化報告
一、問題描述
圖1.1 現場實物圖
該機型入口處兩邊濾筒側面沖刷嚴重，濾筒使用壽命降低，通過更改擾流板的方式改善情況，要求具有現場改造的可操作性。
二、問題分析
對過濾倉的進行氣固兩相流分析，根據顆粒分布信息（如圖2.1所示），做以下簡化模型處理：對于小粒徑顆粒（<100um）與氣流一起視為單相流；大粒徑顆粒（>100um）單獨作為固體相分析。在分析時對濾筒進行編號，如圖2.2所示，通過分析濾筒表面風速、大顆粒分布、大顆粒速度來綜合判斷濾筒的損傷。
仿真模型：單相流采用 standard k-ε模型，解算方法采用Coupled，速度入口20m/s，壓力出口-2000Pa.粒徑分布模型采用R-R模型，并根據粒徑分布設置最小粒徑為20um，最大粒徑1000um，中位粒徑70um，根據質量分數擬合處質量分布曲線，根據質量分數與粒徑的指數關系，計算得出擴散指數為1.33。
圖2.1 顆粒質量分布
圖2.2 濾筒編號示意圖
1. 濾筒表面風速分析
圖2.3 濾筒表面速度云圖
實際工作情況中，主要是1號和3號濾筒受損嚴重。由于整個系統為對稱結構，因此兩個濾筒表面情況類似，這里僅針對1號濾筒進行分析。濾筒表面風速云圖如圖2.3所示，1號濾筒三個方框的位置表面風速較高，最高接近20m/s，接近入口風速，因此這三個地方的受損比較嚴重，實際情況也確實如此。因此需要降低濾筒表面風速，即間接降低小粒徑顆粒對濾筒的沖刷速度。濾筒的表面最大風速如下表所示。
|
濾筒編號 |
最大表面風速(m/s) |
|
1 |
20.7534 |
|
2 |
8.04969 |
|
3 |
19.1968 |
|
4 |
9.87762 |
|
5 |
8.7334 |
|
6 |
9.6921 |
2. 大粒徑顆粒速度分析
（a）
(b)
圖2.4 顆粒軌跡速度圖
針對>100um粒徑的顆粒，對其進行顆粒軌跡分析，由圖2.4可知，大顆粒1號和3號濾筒附近的表面顆粒速度在6~9m/s，對濾筒沖擊較大，線條密集代表此處的顆粒較多，從圖2.5顆粒分布圖模擬圖也佐證了這一點。
圖2.5 顆粒分布模擬圖
綜上可知，1號和3號濾筒的主要原因是沖擊濾筒的顆粒速度大，顆粒數目多，因此提出以下改進方向：1、降低濾筒表面風速；2、降低沖擊到1號和3號濾筒的大粒徑顆粒速度或數量。
三、改進方案及對比
根據第二節提出的改進方向，結合現場實際加工需求，提出如下改進措施：1、去掉圖3.1(a)中兩側的擾流板；2、將入口處擾流板改為矩形，并將下方支撐板開孔，總體長寬高尺寸保持不變，如圖3.1(b)所示。
(a)
(b)
圖3.1 改進方案
1、改進前后系統能耗對比
這里使用進出口平均壓強差來定性判斷改進前后系統能耗變化情況。改進前進出口壓降如圖3.2所示，進口平均壓強為-1017.7199Pa，出口平均壓強為-1988.2845Pa，系統壓降為970.5646Pa
圖3.2 改進前進出口壓降
該進后進出口壓降如圖3.3所示，進口平均壓強為-1320.2449Pa，出口平均壓強為-1989.2593Pa，系統壓降為669.0144Pa。系統能耗降低。
圖3.3 改進后進出口壓降
系統能耗下降原因分析：1、改進后的擾流板下方開孔，增大了氣流進入腔室的面積，2、由V型改為平板型，降低了入口處的射流強度，另外去掉的兩塊擾流板消除了相應區域的射流現象，射流的抑制降低了湍流強度，降低了氣流與壁面的摩擦作用，以及氣體之間的相互摩擦，從而降低了能量損失。
2、改進后濾筒表面風速對比
(a) 改進前濾筒表面風速云圖
(b) 改進后濾筒表面風速云圖
圖3.4 改進前后濾筒表面風速云圖
表3.1 改進前后表面最大風速對比
|
濾筒編號 |
最大表面風速(m/s) |
|
|
改進前 |
改進后 |
|
|
1 |
20.7534 |
12.5505 |
|
2 |
8.04969 |
8.45917 |
|
3 |
19.1968 |
11.3437 |
|
4 |
9.87762 |
7.01832 |
|
5 |
8.7334 |
7.26205 |
|
6 |
9.6921 |
7.84546 |
改進后1號和3號濾筒表面最大風度降低近40%，有效降低小粒徑顆粒對濾筒的沖擊。
3、改進后大粒徑顆粒數據對比
圖3.5 改進前后顆粒跡線圖
(a)改進前顆粒分布模擬圖
(b)改進后顆粒分布模擬圖
圖3.6 改進前后顆粒分布模擬圖
從顆粒跡線圖和顆粒分布模擬圖可知，雖然沖擊到1號和3號濾筒表面仍然有速度較高的顆粒，但是相比于改進前，沖擊到濾筒的顆粒數目變少，對濾筒的受損有很大的改善。
四、總結
1、系統能耗降低。改進后的系統能耗有所降低。原因是改進后抑制了倉內的射流現象，降低局部湍流強度，減少了氣體與壁面及氣體之間的摩擦，從而降低了能耗。
2、濾筒表面風速降低。靠近進風口兩側的兩個濾筒（1號和3號濾筒）表面風速降低近40%，有效降低小粒徑顆粒對濾筒表面的沖刷強度。
3、改善大粒徑對濾筒的沖刷。改進后雖然仍有速度較高的大粒徑對濾筒的沖擊，但是相比于改進前，沖擊濾筒的顆粒速度減少。另外，從顆粒分布圖中可知，新的擾流板有利于大粒徑的自然沉降，降低了濾筒的工作強度。
