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        霧炮噴霧流場試驗研究

        文章出處:鈺泰環保作者:admin發表時間:2017-05-01 18:15
          近年來,日益突出的露天礦山粉塵污染問題已經引起社會的廣泛關注。由于露天礦山等主要產分粉塵作業場空間較大、采裝作業設備體積較大且經常移動,作業空間不宜封閉,使得一些常規措施使用不方便,為防塵工作帶來了一定的困難。霧炮噴霧降塵技術是目前O外露天礦山使用的一種新型降塵技術,O初它主要用于農業和園林市政工程。霧炮噴霧空間流場分布直接影響霧滴分布及霧滴飄移,從而影響適用范圍及O終降塵效率。下面我們通過實驗測試,掌握霧炮工作時的空間流場分布情況,揭示其流場分布及風流擴散規律,為提高霧炮工作效率及參數優化設計提供參考。
          1、工作原理及空間流場分析
          1.1工作原理
          霧炮如圖所示,其工作原理是采用噴霧重力降塵技術,通過高壓將水霧化成與粉塵大小相當的顆粒,在風機的作用下,將水霧拋射到塵源上方或周邊進行噴霧,塵埃顆粒與水珠顆粒產生接觸而變得濕潤,被濕潤的粉塵顆粒繼續吸附其它粉塵顆粒,逐淅凝結成顆粒團,并在重力作用下沉降,從而達到快速降塵的目的。
        霧炮
          1.2空間流場分析
          在通常情況下,霧炮均布置在開闊的戶外,它工作時產生的霧流從出風口噴到外部空間,可視為流出到無限大空間中;噴嘴產生的霧流在風流作用下,均勻地擴散到整個空間流場內,由于霧流中的霧滴直徑通常小于100um,且噴霧流量也較小,霧滴自身質量對于整個空間流場分布的影響很小,為簡化起見,采用單項氣流場可基本反映流場規律;同時出口風速較大,流動呈紊流狀態,霧炮的風流擴散,可按照無限空間中圓斷面紊流射流進行分析。射流結構如下圖。
          出風口的風流沿x向流動,紊流的橫向脈沖造成射流與周周介質之間不斷發生質量與運量變換,并不斷代入周圍介質,它不僅使邊界擴張,而且使射流主體的流速逐漸降低。軸心速度O,從軸心向邊界層邊緣速度逐漸減少至零;距出風口越遠,邊界層厚度越大,而軸心速度則越;射流整體形成了向周圍擴散的錐形流場。根據流體力學理論,圓斷面射流軸心速度可按下式進行計算。
          式中:vm為出風口軸線上的風流速度,m/s;v0為出風口處的風流初始速度,m/s;a為紊流系數;x為距出風口距離,m;d0為出風口直徑,m。
          2、試驗測量方法
          2.1試驗設備及測點布置
          試驗用霧炮機由軸流風機、柱形風筒、收縮風筒及組合噴嘴架4部分組成,如下圖所示。柱形風筒和收縮出風筒內裝有導流葉片和導流器,調整軸流風機產生的風流,使其盡量沿出風口軸向流出,提高風流軸向穩定性。霧炮出風口直徑為320mm。為測量霧炮工作時的氣流空間流場分布,設置出風口幾何中心點為原點位置,出風口軸線縱向方向為x軸,豎直向上為z軸,由此建立三維直角坐標系進行測量。
          相對于中心軸而言,霧炮的風筒是一個對稱結構,除重力加速度的影響外,可以將速個風筒內的流場簡化為一個二維問題,在無限空間中,霧炮的工作流場可簡化成為二維問題。所以選擇xy平面進行測量,即可反映整個空間分布情況。在出風口前方,以垂直于軸線縱向每隔500mm和平行于軸向每隔100mm的交點作為風速測量點。如下圖。
          風速測量采用Testo 416葉輪風速計,測量范圍0.6~40m/s,分辨率0.1m/s;風量按照GB/T1236-2000《工業通風機用標準化風道進行性能試驗》進行測量。為減小外界自然風對測量的影響,該試驗所有測量均在室內進行。
          2.2試驗方法
          2.2.1出風口軸向(x向)風流的風速測量
          如上圖所示,沿出風口軸線x方向每隔500mm設置一個測點,測量相應位置x軸上的風流速度,直到風速測量值小于3m/s為止。每個采樣點測量30s,取其平均值為該點測量風速。通過電動機變頻器調節軸流電動機頻率,改變其供風量,按照上述方法分別測量供風量為110、92和83m3/min時,霧炮軸線(x向)各測量點的風速值。
          2.2.2出風口橫向風流擴散測量
          如上圖所示,沿出風口軸線x軸方向每隔500mm設置一組測點,在出風口橫向y軸方向,每隔100mm測量一次風速,直到速測量小于1m/s為止。每個采樣點測量30s,取其平均值為該測量風速。
          3、試驗結果分析
          3.1出風口軸向(x向)風速衰減規律
          在3種不同霧炮風量條件下,霧炮的軸向風速測量結果如下圖所示。
          從上圖可以看出,送風量不同時,出風口軸向風流衰減規律基本相同,隨著距出風口距離的增加,風流速度逐漸衰減。距出風口較進處衰減較快,距出風口較遠處衰減較慢,具有相似于冪函數的衰減變化規律。
          4、結論
          (1)試驗結果表明,霧炮工作時,空間流場擴散基本符合無限空間中圓斷面紊流射流結構特征;因此,在設備設計制造或選用時可根據圓斷面射流理論進行初步分析。
          (2)霧炮出風口軸向風速呈冪函數衰減,距出風口近處衰減較快,距出風口較遠處衰減較慢;出風口送風量越大,風流速度越大,有效射程越遠。
          (3)霧炮產生的風流,在橫向以出風口中心線為中心對稱軸呈“∩”形分布,射流邊界隨出風口距離增大呈線性擴展。距出風口越近,橫向衰減速度越快,風流影響范圍越窄;隨著距出風口距離的增加,橫向衰減速度逐漸減小,風流影響范圍逐漸擴大。
          (4)雖然軸流風機產生的風流經導流葉片進行導流,但出風口流仍存在一定渦旋性,從而導致霧炮出風口中心軸線兩側氣流擴散略有微小差異,為提高噴霧降塵效率,應加強導流葉片及導流筒結構設計。
        此文關鍵字:霧炮|

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