工业除尘工艺过程中的气固两相流模拟研究
1 研究背景与意义
目前，随着经济和社会的发展，公众对环境的重视程度已经越来越高，并且国家近些年发展的政策也逐渐的向加强环境科技研究和积极保护环境的方向转移[1][1]。而在工业快速发展的当下，污染物的排放问题已成为了必须要面对的严峻考验。粉尘作为主要排放的颗粒污染物，每年会有近千万吨的排放，这就使得对除尘设备的性能和可靠性提出了更高的要求[2][2]。而本文通过分析机械除尘（主要以旋风除尘为主），电除尘，过滤式除尘（以袋式除尘为主）和湿式除尘这传统的四种除尘方式中气固两相流的运动特性以及对设备运行的影响，以此来为传统除尘设备的技术升级提供一定的理论基础。而本文中对于气固两相流的研究主要采用数值模拟的方式进行。
2研究现状
除尘技术分为机械除尘技术，电除尘技术，湿式除尘技术和过滤式除尘技术，较为新式的除尘方式（如低低温电除尘技术，移动床除尘技术）并不进行详细展开。
除尘设备中的流体主要为气固两相流（气体与固体颗粒物的复杂多相流），所以国内外众多专家学者多采用数值模拟的方式对气固两相流进行分析。两相流的模拟采用的方法主要有这三种：（1）欧拉双流体法，即用流动方程描述欧拉参考系下流体质量及动量运输过程；（2）拉格朗日法，适用于研究二维流场及球形离散相传输过程；（3）欧拉-拉格朗日法，将特征线法和数值法相结合，多解决多相流问题。而为了直观的描述流场变化，需要采用基于欧拉坐标系的连续介质模型、基于拉格朗日坐标系的颗粒轨道模型和颗粒拟流体模型这三种数理模型[3][3]。
2.1旋风除尘模拟研究现状
自上世纪，旋风分离器就投入使用，它是气固分离过程中应用最广泛的设备,具有结构简单,维护方便,耐高温、高压,造价低等优点,在环保、粉体、石油、化工、冶金、材料等许多领域有着广泛的应用。
观察多篇论文中对旋风分离器内两相流动采用的数值模拟方法，其中王博[4][4]针对旋风分离器内三维强旋流的特点,连续相模型采用雷诺应力输运模型,离散相模型选用颗粒随机轨道模型。蒋梦婷[5][5]采用了雷诺应力模型、算法、离散化方式和插值方法描述分离器内部的气相流场，拉格朗日模型对颗粒的运动进行较为准确的追踪。由此我们可以看出旋风分离器内两流可先分析纯气体流场,再考虑颗粒在其中的运动。
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