插板閥啟閉過程中氣體介質流動特性的模擬試驗

　　對氣力輸送系統(tǒng)中出料閥附近三維管道中的氣固兩相流動進行了數值模擬，結果表明，在閥門開關的過程中，閥門附近管道的氣流場比較復雜，在閥門后區(qū)域有明顯的旋渦存在，在一些開度下甚至有二渦結構。在閥門開度較大的情況下，粒子對管壁的碰撞較少，隨著閥門開度的減小，粒子與閥門和管壁之間的碰撞次數增多。不同粒徑的粒子與閥門和管道的碰撞情況也不同，粒徑為50um的粒子碰撞次數最少，而小于50um的粒子隨著粒徑減小碰撞次數增加，大于50um的粒子隨著粒徑增加碰撞次數增加。

引言

　　氣力輸送方法廣泛地應用于各工業(yè)領域，如火電廠的除塵系統(tǒng)等。氣力輸送系統(tǒng)關鍵在于氣密性、供料法和料氣的快速混合切割及形成快速移動輸送。在氣力輸送系統(tǒng)的運行過程中，高能的氣固兩相流會對接觸面產生沖蝕，其中的固體顆粒在接觸面上形成溝痕，引起閥門泄漏，會大大影響設備運行的安全性，縮短設備的使用壽命，并造成巨大的經濟損失。因此，真空技術網(http://genius-power.com/)認為對氣力輸送系統(tǒng)的閥門中氣固兩相流動進行研究具有重要意義。插板閥因為無論在關閉還是開啟狀態(tài)，都有較好的密封性能，因此在氣力輸送系統(tǒng)中作為出料閥獲得日益廣泛的關注和使用，本文即以此作為主要的研究對象，采用歐拉/拉格朗日方法對插板閥開關過程中閥門附近流道內的氣固兩相流動進行了數值模擬，得到了不同

　　閥門開度下的氣固兩相流動特性。

2、數值計算模型

　　閥門開度C定義為閥門開啟時的通流截面積A除以流道總截面積A0，即

C=A/A0

2.1、氣相流場計算模型

　　圖1(a)為數值計算的幾何模型，其中陰影部分代表閥瓣占據的區(qū)域，流動由左向右，假設在閥門不同開度下，管道內的流動為充分發(fā)展的穩(wěn)定的三維湍流流動，其通用控制方程可寫為

　　20um的粒子在通過閥門時，由于閥門附近氣流場速度提高，易與閥門附近上部管壁碰撞，且碰撞后在靠近壁面的附近運動，從而使20um的粒子大多在管道上半部運動。50um的粒子通過閥門時，由于質量增加，慣性變大，粒子入口位置開始明顯影響粒子的運動軌跡。入口位置在管道上部的粒子與管壁和閥門的碰撞次數較少，甚至不碰撞而直接通過管道。入口位置在管道下部的粒子對閥門產生沖擊且與閥門附近的管壁上部有碰撞現象。100um粒子的這種現象更明顯。入口位置在管道下部的粒子，在通過閥門后開始沿管壁作連續(xù)碰撞至出口，軌跡成螺旋狀，粒子對閥門后的管道各個部分的管壁都產生頻繁的碰撞。入口位置在管道上部的150um粒子幾乎不受閥門處氣流場變化的影響，快速通過整段管道，其軌跡僅因重力作用而向下偏移。入口位置在管道中下部的150um粒子由于其較大的重力和閥門前管道底部的低速區(qū)作用在閥門和管壁之間會發(fā)生連續(xù)碰撞，從其沖擊閥門后較長的反彈軌跡說明，150um粒子沖擊閥門的能量較大，粒子在通過閥門后沿管壁連續(xù)碰撞，軌跡成螺旋狀前進。

4、結語

　　通過采用歐拉/拉格朗日方法對氣力輸送系統(tǒng)中的一種出料閥-插板閥附近三維管道中的氣固兩相流動進行數值模擬，得到了從不同位置進入的不同粒徑粒子在不同閥門開度下的運動軌跡。結果表明，在閥門開關的過程中，閥門附近管道的氣流場比較復雜，在閥門后區(qū)域有明顯的旋渦存在，在一些開度下甚至有雙回流區(qū)，這對粒子在管道中的運動有較大影響。在閥門開度較大的情況下，粒子對管壁的碰撞較少，隨著閥門開度的減小，粒子與閥門、管壁之間的碰撞次數增多，特別是從管道下半部進入的粒子，往往要與閥門和管道經過幾次碰撞后才能通過。不同粒徑的粒子與閥門和管道的碰撞情況也不同，計算發(fā)現粒徑為50um粒子的碰撞次數最少，小于50um的粒子隨著粒徑減小碰撞次數增加，大于50um的粒子隨著粒徑增加碰撞次數增加。