除塵器組合噴嘴內(nèi)部流場分析
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除塵器組合噴嘴內(nèi)部流場分析
羅萌
本文應(yīng)用CREO對其進行三維實體建模，然后導(dǎo)入到ANSYS-Fluent中對其進行流體分析。
1 BAAS-MS-11-130°噴嘴的三維實體模型
1.1 BAAS-MS-11-130°噴嘴結(jié)構(gòu)特點
圖1為BAAS-MS-11-130°噴嘴的截面圖。它是由7個單路壓力霧化噴嘴組成的組合霧化噴嘴。單路壓力霧化噴嘴也稱簡單離心式噴嘴，利用噴嘴內(nèi)流旋件產(chǎn)生液體旋轉(zhuǎn)，在收斂通道內(nèi)加速噴出空心錐狀液膜，利用液體與外界空氣的高速差而破碎、霧化。
旋流件離心力是液體加速噴出的關(guān)鍵，BAAS-MS-11-130°噴嘴旋流件為可拆卸的斜孔片，水由入口通過旋流器的斜孔流入與其相連的帶有錐型過渡段的旋流室后由噴口噴出。改變旋流器的形狀和角度可以使其旋流作用加強，從而取得較好的霧化效果，同時可以增大噴嘴的條件霧化角。與旋流件（片）相連的旋流室及噴口同樣重要，它們可以組成一體（統(tǒng)稱霧化器），也可以分開為單件。BAAS-MS-11-130°噴嘴的主要尺寸參數(shù)如下：
噴孔數(shù)n： 7；
人口直徑D(mm)： 24；
噴口直徑d1 (mm)： 3；
斜孔直徑d2 (mm)： 1.46;
斜孔角度a(°)： 43；
斜孔間距L(mm)： 5.8。
1.2 BAAS-MS-11-130°噴嘴的三維建模
由于噴嘴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是存在部分細小結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致網(wǎng)格質(zhì)量低，因此首先簡化噴嘴模型，忽略不影響分析結(jié)果的結(jié)構(gòu)，如部分倒角、定位槽。
應(yīng)用CREO軟件對噴嘴進行三維實體建模(見圖2)，之后在ANSYS中的ICME模塊中生成噴嘴的內(nèi)部流體區(qū)域，并建立外部空氣模型，完成噴嘴的網(wǎng)格劃分，見圖3。
網(wǎng)格生成是數(shù)值計算的基礎(chǔ)，針對噴嘴模型特點，為提高計算精度、加快收斂速度，對該噴嘴采用混合網(wǎng)格的劃分方法，即對噴嘴及與噴嘴連接的部分空氣區(qū)域進行四面體網(wǎng)格劃分，對斜孔及噴水孔進行部分加密．對幾何形狀規(guī)則的空氣部分進行六面體網(wǎng)格劃分。這樣既保證了網(wǎng)格的適應(yīng)性，又通過六面體網(wǎng)格大大將低了網(wǎng)格的數(shù)目。
2 BAAS-MS-11-130。噴嘴的數(shù)值模擬
2.1 數(shù)值計算模型的選擇及邊界條件的設(shè)置
(1)湍流模型的選擇：針對BAAS-MS-11-130°噴嘴涉及到噴嘴旋流室內(nèi)的旋流，以及Realizable k-e（帶旋流修正的k-e）模型的優(yōu)勢，參閱相關(guān)參考文獻，最終選用Realizable k-e湍流模型。
(2)多相流模型的選擇：VOF模型適合有自由表面流，可捕捉氣液兩相的界面。因此，對BAAS-MS-11-130°組合噴嘴的內(nèi)部氣液相流動和噴霧情況的研究選擇VOF模型。
(3)邊界條件的設(shè)置：人口邊界條件為速度入口，入口速度設(shè)置為3 m/s；出口邊界條件為壓力出口，出口壓力為0 Pa。
2．2 內(nèi)部流場結(jié)果及分析
將劃分好網(wǎng)格的噴嘴模型導(dǎo)入到ANSYS-Fluent軟件中進行流體分析，觀察噴嘴內(nèi)部液體流場及液體流動情況，BAAS-MS-11-130°組合噴嘴y截面（即y=0平面）液體流入速度軌跡如圖4所示，其旋流室橫截面液體流人速度云圖如圖5所示。
由圖4可以清楚地觀察到，液體流人噴嘴主體空腔內(nèi)時在四周形成渦流，使液體加速流人各旋流室。由圖5可以看出，經(jīng)過噴嘴空腔的加速作用，液體的速度相對入口速度3 m/s有所增加。
之后液體通過旋流件的斜孔流入與其相連的帶有錐型過渡段的旋流室，液體在旋流室內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生渦流，為液體從收斂通道內(nèi)加速噴出提供條件。旋流室內(nèi)流體的速度軌跡和橫截面速度云圖如圖6、圖7所示。
圖8為BAAS-MS-11-130。組合噴嘴出口處Y截面速度云圖。由圖8可以看出，噴嘴出口處的速度遠大于進口處的速度，說明噴嘴的整體結(jié)構(gòu)加強了液體的霧化效果。同時各旋流室之間的角度擴大了噴嘴整體的噴霧角度，從而擴大了整體的噴霧面積。
2.3 不同入口速度對噴嘴噴霧的影響
為了進一步獲得更好的噴霧除塵效果，改變?nèi)丝谒俣炔⒃俅芜M行數(shù)值計算，得到人口速度與噴霧角度、噴嘴出口最大速度以及液體加速度的關(guān)系，見表1～表3�？梢钥闯鲭S著入口速度的增加，噴霧角度呈現(xiàn)出緩慢增加的趨勢；噴嘴出口最大速度以及液體加速度都是增大后再減小。綜合3者發(fā)現(xiàn)，在入口速度為4.5 m/時，噴霧效果較為理想。
3 結(jié)論
通過數(shù)值模擬研究BAAS-MS-11-130°組合噴嘴，直觀地展現(xiàn)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的噴嘴的內(nèi)部液體流動情況。其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢主要是：進口空腔使液體進入后形成渦流加速液體流動；旋流件以及旋流室使液體形成旋流，離心作用使液體進一步加速；周圍6旋流室與中心旋流室呈一定角度，加大了整體霧化的角度和霧化效果。
4評述：
為了探究組合噴嘴噴霧優(yōu)勢，分析了組合噴嘴的結(jié)構(gòu)特點，并采用數(shù)值模擬方式對具有7個旋流器的組合噴嘴內(nèi)部流場進行分析研究。數(shù)值模擬得出的結(jié)果直觀地展現(xiàn)了該噴嘴內(nèi)部流場特點以及噴霧優(yōu)勢，為國內(nèi)噴嘴的研究以及設(shè)計制造提供依據(jù)。
