無動力抑塵(chen)導料槽設(she)計(ji)理論(lun)與技術

摘要：帶式輸送機(ji)是重要的(de)(de)連(lian)續輸送設備，廣泛應用(yong)于煤炭、鋼鐵、冶金、采礦、制藥等與(yu)國(guo)計民生息息相關的(de)(de)國(guo)家命脈(mo)行(xing)業。本(ben)文對物料(liao)(liao)轉運(yun)過(guo)程和粉塵產(chan)生機(ji)理(li)進行(xing)了深(shen)入分析(xi)(xi)。利用(yong)離(li)散元分析(xi)(xi)軟(ruan)件對料(liao)(liao)流在頭部護罩、落料(liao)(liao)管以及導料(liao)(liao)槽中的(de)(de)運(yun)動(dong)進行(xing)了離(li)散元分析(xi)(xi)，利用(yong)計算流體力學軟(ruan)件對導料(liao)(liao)槽中氣固兩相的(de)(de)運(yun)動(dong)進行(xing)了深(shen)入探討(tao)。

關鍵詞：帶式輸送(song)機；轉運(yun)站；離散(san)元(yuan)；導料槽；無動力抑塵

1 概述(shu)

工業生(sheng)產和生(sheng)活中使(shi)用的物料(liao)包括燃煤、碎石(shi)、砂、水泥、糧食等，可單機(ji)(ji)獨立(li)輸(shu)(shu)送(song)，也可多臺輸(shu)(shu)送(song)機(ji)(ji)聯合輸(shu)(shu)送(song)，亦(yi)或(huo)(huo)聯合其(qi)它輸(shu)(shu)送(song)設備組成水平或(huo)(huo)傾斜的輸(shu)(shu)送(song)系統，以滿足多線(xian)路(lu)、多方向等不(bu)同布置形式工藝的需要(yao)，輸(shu)(shu)送(song)機(ji)(ji)轉載點(dian)是(shi)必不(bu)可少的輔助設施，通常也稱為轉運站。

轉(zhuan)運站(zhan)通常還需要配(pei)備相應的(de)配(pei)套設施。如除塵器(qi)、破拱器(qi)、物(wu)料阻(zu)塞信號裝(zhuang)置、排(pai)污(wu)裝(zhuang)置和噴(pen)淋裝(zhuang)置等。其主要目(mu)的(de)是(shi)保證轉(zhuan)運站(zhan)設備的(de)可靠性，減少轉(zhuan)運過程中(zhong)產生的(de)粉(fen)塵污(wu)染。

1.1 國外帶式(shi)輸送機(ji)轉(zhuan)載點研究(jiu)現狀

針(zhen)對(dui)傳(chuan)統帶(dai)式輸送機轉(zhuan)運(yun)(yun)站(zhan)存在的各種問題，國外率(lv)先提出新(xin)型(xing)(xing)帶(dai)式輸送機轉(zhuan)運(yun)(yun)站(zhan)解決方案。國外某公司的新(xin)型(xing)(xing)轉(zhuan)運(yun)(yun)站(zhan)采用IFT（控(kong)制(zhi)料流運(yun)(yun)動(dong)技術），通過(guo)控(kong)制(zhi)物料流動(dong)，減少(shao)粉(fen)塵(chen)產(chan)生，降低誘(you)導(dao)氣(qi)流速度(du)，配合(he)新(xin)型(xing)(xing)無動(dong)力抑(yi)塵(chen)或(huo)微動(dong)力除(chu)(chu)塵(chen)系統實現粉(fen)塵(chen)自然沉降，無需(xu)使(shi)用大功率(lv)除(chu)(chu)塵(chen)設(she)備。

1.2 國內帶式輸(shu)送機轉載點研究(jiu)現狀(zhuang)

與國(guo)外產品相比(bi)，國(guo)內(nei)新型(xing)轉運(yun)站的堵料和粉塵超標現象依然非常嚴(yan)重。主(zhu)要原因(yin)是理論基礎薄弱，未對轉(zhuan)載點堵料和粉(fen)塵(chen)超標現象的根本原因(yin)進行深入探究。隨著環保意識的不斷(duan)增強，限制排放的相關(guan)法令不斷(duan)出臺(tai)，轉(zhuan)運(yun)站車間(jian)粉(fen)塵(chen)含(han)量嚴重超標逐漸引起相關(guan)部門的重視(shi)。

圖1 設(she)計(ji)安裝的轉運站

國內現(xian)有多家(jia)公司(si)及設計機構開始(shi)嘗試設計新(xin)型轉(zhuan)運站，采用(yong)3-DEM技術對轉(zhuan)運站進行改進。通(tong)過(guo)使用(yong)空(kong)間布置和截(jie)面形狀更合(he)理(li)的(de)落煤管，抑制(zhi)了(le)粉(fen)塵產(chan)生。通(tong)過(guo)使用(yong)阻尼系統(tong)降低誘導氣(qi)流(liu)的(de)速度，緩解了(le)轉(zhuan)運站粉(fen)塵超標的(de)問題。

圖2 曲線落(luo)料管示意模型及(ji)國(guo)內某公(gong)司的導料槽方案

1.3 本(ben)文工作(zuo)

本文主要(yao)分(fen)析傳統(tong)帶(dai)式輸(shu)送機轉(zhuan)運(yun)站存(cun)在(zai)的(de)問題(ti)以(yi)及(ji)問題(ti)產生(sheng)的(de)原因，研究物料(liao)流在(zai)運(yun)動過程中(zhong)對落(luo)料(liao)管(guan)以(yi)及(ji)導料(liao)槽(cao)中(zhong)氣流的(de)激勵作用，提出導料(liao)槽(cao)標準化(hua)模塊，為轉(zhuan)運(yun)站快速(su)標準化(hua)設(she)計(ji)奠定了基礎(chu)。

使用(yong)離散元分析軟(ruan)件(jian)對(dui)新型落料(liao)(liao)管中(zhong)(zhong)物(wu)料(liao)(liao)流(liu)(liu)(liu)走向、料(liao)(liao)流(liu)(liu)(liu)截(jie)面形狀以及(ji)料(liao)(liao)流(liu)(liu)(liu)速度控制進行了計(ji)算和驗證，使用(yong)計(ji)算流(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)力學軟(ruan)件(jian)對(dui)落料(liao)(liao)管以及(ji)導(dao)料(liao)(liao)槽(cao)中(zhong)(zhong)的(de)粉塵運(yun)動進行了分析，為阻尼擋(dang)簾的(de)安裝和布置提供(gong)了理論參考。結合氣固(gu)兩相(xiang)流(liu)(liu)(liu)分析，確(que)定(ding)物(wu)料(liao)(liao)流(liu)(liu)(liu)在運(yun)動過程中(zhong)(zhong)對(dui)落料(liao)(liao)管及(ji)導(dao)料(liao)(liao)槽(cao)中(zhong)(zhong)氣體(ti)(ti)的(de)擾(rao)動作用(yong)，為設計(ji)形狀合理和落料(liao)(liao)管和導(dao)料(liao)(liao)槽(cao)奠定(ding)一定(ding)的(de)理論基礎。

2 轉運站(zhan)方案介紹

2.1 轉(zhuan)運(yun)站空間曲線落料管(guan)

傳統(tong)落料管(guan)（圖3）設計簡單(dan)，加(jia)工難(nan)度小，生(sheng)產成本(ben)低。但存(cun)在(zai)缺陷(xian)：

（1）料流與管壁沖擊嚴重；

（2）誘導氣(qi)流速度較快，粉塵大；

（3）料(liao)(liao)流垂直沖擊受料(liao)(liao)輸送帶。

新型(xing)落(luo)料(liao)管多(duo)采(cai)用多(duo)邊形(xing)截面(mian)，也采(cai)用圓形(xing)截面(mian)落(luo)料(liao)管。如圖4所示(shi)。使(shi)用空間曲線(xian)落(luo)料(liao)管能(neng)夠減(jian)少緩沖設備的使(shi)用，并實現：

           圖(tu)3 傳統落料管               

圖4 曲線落料管（新型(xing)轉運站部(bu)分）

（1）通過空間布(bu)置形(xing)式(shi)合理的(de)落(luo)料(liao)管(guan)承接物料(liao)，保證物料(liao)流(liu)和落(luo)料(liao)管(guan)以及(ji)其它設備之(zhi)間的(de)沖擊(ji)夾角小于20度；

（2）通過截面形式合(he)理(li)的(de)落(luo)料管，將物(wu)料流(liu)進行(xing)收集、匯聚，保(bao)證(zheng)物(wu)料流(liu)的(de)整體(ti)性，以(yi)減少其對落(luo)料管中空(kong)氣(qi)的(de)誘(you)(you)導作用，降(jiang)低誘(you)(you)導氣(qi)流(liu)的(de)速度；

（3）通過落(luo)料(liao)管(guan)將(jiang)物料(liao)匯集(ji)和梳理，降(jiang)低(di)物料(liao)流(liu)(liu)的速度，進(jin)一步(bu)減小物料(liao)流(liu)(liu)對(dui)落(luo)料(liao)管(guan)中(zhong)空氣的誘導作(zuo)用(yong)；

（4）末(mo)段落料管設(she)計合理弧度(du)，保證料流從落料管轉移至(zhi)受料輸(shu)送帶時(shi)，料流沿輸(shu)送帶運行方(fang)向的分速(su)(su)度(du)和輸(shu)送帶的運行速(su)(su)度(du)盡量接近(jin)，兩者速(su)(su)度(du)差(cha)不應(ying)超(chao)過10%，以減小物料流摩擦沖(chong)擊(ji)對(dui)輸(shu)送帶造(zao)成的損害；

（5）末段落(luo)料管應控制輸(shu)送帶垂直方向料流(liu)分速度，將此速度控制在較小范(fan)圍(wei)內，以減少物料流(liu)對(dui)輸(shu)送帶造(zao)成(cheng)的沖擊，延長輸(shu)送帶使用壽命；

（6）末端落料(liao)管應控制物料(liao)流的(de)截面(mian)形(xing)(xing)狀(zhuang)，應與輸送帶(dai)槽型形(xing)(xing)狀(zhuang)相似，同時(shi)保(bao)證料(liao)流截面(mian)形(xing)(xing)狀(zhuang)對稱，以保(bao)證物料(liao)轉移的(de)過程平穩(wen)、順暢，避免輸送帶(dai)偏載問(wen)題發生。

2.2 無動力抑塵導料(liao)槽

隨著對帶式輸送(song)(song)(song)機輸送(song)(song)(song)量(liang)和輸送(song)(song)(song)速度的要求(qiu)不斷提高(gao)、對粉塵(chen)逸出量(liang)提出嚴格(ge)要求(qiu)，傳(chuan)統導料槽（圖(tu)5）已經無法滿足新型(xing)輸送(song)(song)(song)機轉運(yun)站的工(gong)作(zuo)要求(qiu)。故在新型(xing)轉運(yun)站中，使用新型(xing)模(mo)塊化導料槽如圖(tu)6所示。

使用(yong)模塊(kuai)化導料槽(cao)，優點主(zhu)要體現在：

（1）模塊化設計，降低(di)生產成(cheng)本，用戶可根據現場實際情況對(dui)導料槽進(jin)行模塊化拼接，對(dui)防(fang)塵阻尼簾(lian)的(de)懸(xuan)掛(gua)自行進(jin)行調整(zheng)；

圖5 傳統帶式(shi)輸送(song)機導料槽   

圖6 無動力抑塵導(dao)料槽

（2）通過縱向搭接導料(liao)槽側壁模塊，能夠在流場中造成多塊擴容區域，增(zeng)(zeng)強導料(liao)槽流場湍流動(dong)能，增(zeng)(zeng)大(da)氣流振(zhen)動(dong)頻率和振(zhen)幅(fu)，促進能量耗散，易(yi)于粉塵(chen)沉降(jiang)；

（3）結合擴(kuo)容區，合理布(bu)置防塵(chen)阻(zu)尼擋簾。能(neng)夠不(bu)斷改變(bian)誘導(dao)氣流方向，進一步擴(kuo)大湍流范圍(wei)，降低氣流速度，促(cu)進粉塵(chen)沉降。

（4）導料(liao)(liao)槽與輸送(song)帶接觸位置(zhi)使(shi)用雙層(ceng)或多(duo)層(ceng)防(fang)逸裙邊，防(fang)止大(da)(da)塊物料(liao)(liao)飛(fei)濺同時(shi)能夠有效(xiao)(xiao)控制細小(xiao)粉塵(chen)顆粒從輸送(song)帶和導料(liao)(liao)槽側壁(bi)夾(jia)縫處飛(fei)出(chu)。導料(liao)(liao)槽加裝阻尼簾(lian)后，造成(cheng)局部區域壓力增大(da)(da)，氣(qi)流可(ke)能夾(jia)帶粉塵(chen)從裙邊處飛(fei)出(chu)。因此雙層(ceng)或多(duo)層(ceng)防(fang)塵(chen)裙邊能夠有效(xiao)(xiao)避免這一現象(xiang)的(de)發(fa)生；

（5）輸(shu)送(song)帶(dai)受料(liao)(liao)區域應配(pei)合緩(huan)沖(chong)(chong)床(chuang)使(shi)用(yong)。緩(huan)沖(chong)(chong)床(chuang)高彈性特(te)種(zhong)橡膠對輸(shu)送(song)帶(dai)提供了強有力的支(zhi)撐，大大降低料(liao)(liao)流對輸(shu)送(song)帶(dai)的沖(chong)(chong)擊。由(you)于緩(huan)沖(chong)(chong)條和輸(shu)送(song)帶(dai)之間(jian)為(wei)面接觸，能夠(gou)和防逸裙邊協同(tong)作(zuo)用(yong)，實現導(dao)料(liao)(liao)槽無縫密封。

3 散體物(wu)料(liao)運動仿(fang)真

隨著(zhu)計算(suan)機(ji)技術的高(gao)速發展、數值方法(fa)和現(xian)代力學的不斷成熟，離散(san)元(yuan)素法(fa)開(kai)始逐漸(jian)應用于顆(ke)粒材料(liao)的分(fen)析計算(suan)和仿真驗證。

3.1 無動力(li)抑塵導料槽模(mo)型建立

設計并(bing)繪制新(xin)型無(wu)動力抑塵(chen)導料槽(cao)三維模型。如(ru)圖7所示。

3.2 空間(jian)曲線落(luo)煤管以及接頭設計

物料(liao)流經頭(tou)罩拋出后到(dao)達受料(liao)輸送帶之前大部分(fen)運(yun)動在落料(liao)管中完成。

圖7 無動力抑塵導料槽（不含上護板）      

3.3 轉運站整體三維模型(xing)

圖9 新型轉運站總體(ti)三維模型

3.4 仿真(zhen)參(can)數的(de)確定

在EDEM軟件仿(fang)真(zhen)過程中，參數(shu)(shu)設定(ding)(ding)會影(ying)響(xiang)仿(fang)真(zhen)結果的(de)準(zhun)確性(xing)和仿(fang)真(zhen)時間(jian)的(de)長短(duan)。通過查找資料、理論計算和現(xian)場(chang)試驗，我們Z終確定(ding)(ding)仿(fang)真(zhen)過程中重要計算參數(shu)(shu)。表1為材料屬(shu)性(xing)表。表2為接觸屬(shu)性(xing)表。

表1 仿真材料屬性表

表2   接觸屬性表

3.5 仿(fang)真時(shi)間步(bu)長

仿(fang)真時間步長、仿(fang)真計算時間以及(ji)計算網格尺寸對(dui)于(yu)仿(fang)真結果是否收斂，以及(ji)仿(fang)真結果的準確性起到至關重要的作用。

選擇合適的網格尺寸和(he)計算時間(jian)步長非常重(zhong)要。根據(ju)仿真(zhen)物料(liao)的物理(li)性(xing)質，計算時間(jian)步長可(ke)由式（1）得出(chu)：               

3.6 仿真計算

完(wan)成參(can)數設定之后，仿真(zhen)過程交由計算(suan)機完(wan)成，無需(xu)人工干預。圖(tu)10和(he)圖(tu)11分別是轉運站港口直(zhi)接供(gong)煤(mei)和(he)煤(mei)倉間供(gong)煤(mei)的仿真(zhen)圖(tu)形。

圖10 轉運(yun)站港口供煤仿真圖形

圖11 轉運站煤倉(cang)間(jian)供煤仿(fang)真(zhen)圖形

料流進入(ru)空間曲線落料管后，速度逐漸降低(di)。整個(ge)過程未出現(xian)明顯沖擊現(xian)象。料流運動穩定，減(jian)少落料管磨損(sun)同(tong)時(shi)，有一(yi)定抑塵效果。

料流(liu)在(zai)到(dao)達輸(shu)送(song)帶(dai)(dai)瞬(shun)間(jian)，速度發生(sheng)變化(hua)，對(dui)輸(shu)送(song)帶(dai)(dai)造成一定(ding)程度沖擊。故料流(liu)顏色在(zai)此處發生(sheng)變化(hua)。可見，該(gai)轉運站方案一定(ding)程度上緩解(jie)了傳(chuan)統設計思路存(cun)在(zai)的問題。但是(shi)仍有許多細節存(cun)在(zai)問題，需(xu)要Z終結合現場實際情況進調整(zheng)。

4 無動力抑塵(chen)導(dao)料槽

4.1 懸浮粉塵(chen)顆(ke)粒受(shou)力分析和運(yun)動(dong)分析

設計(ji)新型(xing)無動力抑塵(chen)導料(liao)槽(cao)，涉及多學科(ke)多研(yan)究(jiu)領域。如果要進(jin)一步改shan導料(liao)槽(cao)以及相關設備的除(chu)塵(chen)效果，就必須對懸浮在(zai)落料(liao)管(guan)和導料(liao)槽(cao)之中(zhong)(zhong)粉(fen)塵(chen)顆粒的受力情況和運動狀態進(jin)入(ru)深入(ru)研(yan)究(jiu)。將帶動粉(fen)塵(chen)顆粒的誘導氣(qi)流(liu)看作是(shi)導料(liao)槽(cao)中(zhong)(zhong)的流(liu)體(ti)相。

根據現場(chang)實測粉(fen)塵(chen)濃度，帶(dai)式輸送機導(dao)料槽氣(qi)固(gu)(gu)兩相流為稀疏懸浮氣(qi)固(gu)(gu)兩相流。粉(fen)塵(chen)顆粒(li)(li)的濃度相對較低，誘導(dao)氣(qi)流主導(dao)整個導(dao)料槽中(zhong)氣(qi)固(gu)(gu)兩相的運動(dong)形態，空(kong)氣(qi)夾雜粉(fen)塵(chen)顆粒(li)(li)運動(dong)，并且是粉(fen)塵(chen)顆粒(li)(li)的動(dong)力來源。

作(zuo)用在粉(fen)塵(chen)顆粒(li)上的主要作(zuo)用力見(jian)表3：

式中：

m_p——粉塵顆粒的質量，kg；

d_p——粉(fen)塵顆粒直徑，m；

C_p——表示阻力大小和性質(zhi)的系數(shu)；

G——重力(li)加速(su)度, m/s²;

U_p——誘(you)導氣(qi)流的運動速度, m/s。

4.2 導料槽粉塵(chen)運(yun)動規律和流(liu)場性(xing)質(zhi)

粉塵顆(ke)粒(li)在導(dao)料(liao)(liao)槽流場(chang)中主要以兩(liang)種(zhong)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)形式(shi)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)。首(shou)先受氣(qi)(qi)體相(xiang)的(de)(de)(de)作用，粉塵顆(ke)粒(li)隨(sui)誘導(dao)氣(qi)(qi)流做“漂(piao)浮運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)”。其次(ci)就(jiu)是粉塵顆(ke)粒(li)在重力作用下(xia)(xia)的(de)(de)(de)沉(chen)降(jiang)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)。兩(liang)種(zhong)簡單的(de)(de)(de)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)狀態疊加起來，其運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)形式(shi)就(jiu)會(hui)變(bian)得非(fei)常(chang)復(fu)雜。粒(li)徑較(jiao)小(xiao)的(de)(de)(de)粉塵顆(ke)粒(li)受到氣(qi)(qi)體相(xiang)的(de)(de)(de)影響很大(da)，反過來粒(li)徑較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)又(you)會(hui)影響氣(qi)(qi)體相(xiang)的(de)(de)(de)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)。這樣，研究導(dao)料(liao)(liao)槽中氣(qi)(qi)固兩(liang)相(xiang)的(de)(de)(de)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)規律變(bian)得非(fei)常(chang)困難。當(dang)粉塵顆(ke)粒(li)的(de)(de)(de)粒(li)徑超過10微(wei)米時，幾(ji)乎垂(chui)直下(xia)(xia)落至輸(shu)送帶上。小(xiao)于0.5微(wei)米的(de)(de)(de)粉塵顆(ke)粒(li)會(hui)隨(sui)著氣(qi)(qi)相(xiang)發(fa)生漂(piao)移。這種(zhong)漂(piao)移呈現(xian)出移動(dong)隨(sui)機(ji)性，是一種(zhong)紊流的(de)(de)(de)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)狀態。

導料(liao)槽中流(liu)場形態復雜，存在很多小尺(chi)寸渦流(liu)和渦流(liu)場。尤其是無動力(li)抑塵導料(liao)槽，由于(yu)阻尼(ni)擋簾的(de)存在，通(tong)常小渦流(liu)場極(ji)多，如(ru)圖(tu)12所(suo)示。本文采(cai)用歐拉法(fa)對復雜湍(tuan)流(liu)場進行研究(jiu)。

輸送機轉運站導料槽中粉(fen)塵顆粒的運動為典型氣(qi)固(gu)(gu)兩(liang)相(xiang)(xiang)運動。為了(le)準(zhun)(zhun)確(que)模(mo)擬粉(fen)塵的運動過程，我(wo)(wo)(wo)們采用(yong)歐拉坐(zuo)標滑(hua)移(yi)擴(kuo)散(san)模(mo)型。使(shi)用(yong)這種模(mo)型，我(wo)(wo)(wo)們能(neng)夠準(zhun)(zhun)確(que)判斷固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)-固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)、氣(qi)相(xiang)(xiang)-氣(qi)相(xiang)(xiang)、固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)-氣(qi)相(xiang)(xiang)之間的動量(liang)、能(neng)量(liang)和質(zhi)量(liang)的傳遞(di)。該(gai)模(mo)型準(zhun)(zhun)確(que)考(kao)慮到(dao)整(zheng)個顆粒群紊流擴(kuo)散(san)，并充(chong)分(fen)考(kao)慮到(dao)由于氣(qi)固(gu)(gu)兩(liang)相(xiang)(xiang)初始(shi)能(neng)量(liang)不同而造成的平均速(su)度滑(hua)移(yi)。該(gai)模(mo)型中，我(wo)(wo)(wo)們定(ding)義：

（1）不同空間節點上，氣固(gu)兩相具有不同的運(yun)動速度的體積分(fen)數；

（2）固體顆粒相溫(wen)度、速度以(yi)及體積分數(shu)連續分布；

（3）由于各(ge)項初始能(neng)量不同，流場(chang)中主要運動是顆粒間滑移(yi)，通常由時均速度(du)差異導致，擴散飄移(yi)運動為其次。

圖12 導料槽(cao)中(zhong)粉塵顆粒(li)運動軌(gui)跡

顆粒湍流擴散系數：

4.3 導料(liao)槽(cao)內粉(fen)塵運動分析

完成理論準備工作之后，采用(yong)計算流體力學軟(ruan)件(jian)FLUENT，對導料槽中兩相流的運動狀態進行分析。FLUENT軟(ruan)件(jian)分析的主要流程見下圖13：

4.3.1數值參(can)數初始化和邊界條件設定

根據電廠輸煤轉(zhuan)運站實測數據，我們對模擬參數進行設定。

4.3.1.1 計算模型的設(she)定(ding)

（1）計算求解器的設定

（2）湍流(liu)模型的(de)選(xuan)擇(ze)

（3）能量(liang)方(fang)程的開啟和關(guan)閉

（4）離散相(xiang)的開啟和(he)關閉

圖13 Fluent 軟件計算流程圖

表4 計算(suan)模型的設(she)定表

4.3.1.2 固體(ti)顆粒相(xiang)（離散相(xiang)）參數設定

表(biao)5 導(dao)料槽中粉塵顆(ke)粒(li)相即離散相的參數見表(biao)

表6 粉塵顆粒參數設定見表

4.3.1.3 邊界條件的設(she)定

（1）入口邊界條件

（2）水(shui)力直徑

表7 邊界條件參數表

4.3.2計算結果

根據流體(ti)(ti)力(li)學相(xiang)關知識，設想若干種加速導料(liao)槽粉塵(chen)沉降的方(fang)法，并對(dui)其進行(xing)流體(ti)(ti)動力(li)學仿(fang)真，仿(fang)真結果如下。

4.3.2.1 傳統導料槽仿(fang)真結果分析

（1）如圖14所(suo)示，末端落料(liao)管和導料(liao)槽(cao)成90°夾(jia)角，粉塵進入導料(liao)槽(cao)后(hou)，在沖(chong)擊點左(zuo)側區域出現(xian)速度Z大值，隨后(hou)氣(qi)流速度向左(zuo)逐漸趨于平緩，氣(qi)體趨于平穩運(yun)行，Z終保(bao)持恒(heng)定速度從左(zuo)側出口流出。

（2）如圖15所(suo)示，導料(liao)槽(cao)中(zhong)(zhong)湍流(liu)(liu)(liu)強度在落料(liao)管(guan)(guan)入口(kou)處(chu)左側(ce)區域出(chu)現Z大值。此(ci)(ci)處(chu)，流(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)做湍流(liu)(liu)(liu)運動(dong)(dong)，即導料(liao)槽(cao)中(zhong)(zhong)氣體(ti)(ti)流(liu)(liu)(liu)線(xian)發生(sheng)(sheng)波浪式(shi)變化，振(zhen)動(dong)(dong)頻率和振(zhen)幅(fu)隨(sui)即發生(sheng)(sheng)變化，此(ci)(ci)處(chu)開(kai)始(shi)有小(xiao)渦旋產生(sheng)(sheng)。由(you)于湍流(liu)(liu)(liu)運動(dong)(dong)的作用，此(ci)(ci)處(chu)運動(dong)(dong)阻力較大，導料(liao)槽(cao)中(zhong)(zhong)夾雜粉塵的氣體(ti)(ti)能(neng)量產生(sheng)(sheng)損耗。之(zhi)后湍流(liu)(liu)(liu)運動(dong)(dong)逐漸減弱，圖中(zhong)(zhong)自落料(liao)管(guan)(guan)入口(kou)處(chu)開(kai)始(shi)，越(yue)接(jie)近導料(liao)槽(cao)左端出(chu)口(kou)，湍流(liu)(liu)(liu)動(dong)(dong)能(neng)越(yue)弱。

圖(tu)14 傳統導料(liao)槽氣固兩相速(su)度等值線分布圖(tu)   ;   

圖(tu)15 傳統導料槽(cao)湍流(liu)動(dong)能(neng)等值線分布圖(tu)

（3）如圖16所示，粉塵顆(ke)粒(li)被誘(you)導氣流攜(xie)帶進入(ru)導料槽，隨即運(yun)動(dong)方向發(fa)生變(bian)化。由于在(zai)落料管(guan)入(ru)口處誘(you)導風出(chu)現(xian)小(xiao)渦旋(xuan)，粉塵顆(ke)粒(li)在(zai)此處隨誘(you)導風一起做回旋(xuan)運(yun)動(dong)。隨后(hou)，粉塵顆(ke)粒(li)隨氣流繼(ji)續(xu)向左(zuo)方導料槽出(chu)口處運(yun)動(dong)，流線(xian)逐漸分明，運(yun)動(dong)趨于穩定。

4.3.2.2 擴容(rong)導料(liao)槽(cao)仿真結果(guo)分析

在傳統(tong)導料(liao)槽(cao)基礎上，加入擴容區。仿真結(jie)果如下圖17。

（1）加(jia)入擴容(rong)區之后，在氣流(liu)的通道上增(zeng)加(jia)了兩(liang)個緩沖區。由于導料(liao)槽(cao)封閉，且入口(kou)出口(kou)條件相(xiang)同(tong)，因此速度相(xiang)對(dui)于傳統導料(liao)槽(cao)來說未有明(ming)顯(xian)變化。

    圖(tu)16 傳統(tong)導料(liao)槽顆(ke)粒相運(yun)動軌跡     

圖17 擴容導料槽(cao)氣固(gu)兩相速度等值(zhi)線分(fen)布圖

（2）加(jia)入擴容(rong)區之(zhi)后，湍流(liu)區域向左大幅拓展(zhan)。此處能(neng)量消耗更大，進一步加(jia)速了粉塵沉降過程。圖18中導料槽長度(du)足夠，因此湍流(liu)動能(neng)自右向左Z終逐漸(jian)趨于平穩。但相(xiang)比傳統導料槽，湍流(liu)的振動頻率和幅度(du)都更強。

（3）加入(ru)擴容(rong)區之后(hou)，粉塵顆(ke)粒在(zai)擴容(rong)區隨誘(you)導氣流(liu)產生小渦旋(xuan)，顆(ke)粒運動軌(gui)跡不(bu)規則，流(liu)線(xian)發生交叉(cha)重疊，表示導料槽中(zhong)湍流(liu)運動涉(she)及(ji)范圍更廣，能量耗散更多。

4.3.2.3 阻尼簾導料槽(cao)仿(fang)真結果(guo)分析(xi)

在(zai)導料槽擴容區內安裝(zhuang)阻(zu)尼簾(lian)，攔截粉塵顆粒(li)，加速(su)自然(ran)沉降。仿真(zhen)結果如下圖19。

圖(tu)(tu)18 擴容導料(liao)槽湍(tuan)流動能等值線(xian)分布圖(tu)(tu)       

圖19擴(kuo)容阻尼簾導料槽速度等值線(xian)分布圖

4.3.2.4 迷(mi)宮阻(zu)尼簾導(dao)料(liao)槽仿真結果分析

（1）加入迷宮阻(zu)尼簾(lian)并與落(luo)料管聯通之后，氣流夾雜(za)粉塵在導料槽中呈(cheng)現S型路線。并在落(luo)煤管左側區(qu)域呈(cheng)現“O”型流通區(qu)域。粉塵從落(luo)料口運動到導料槽出(chu)口的總(zong)距(ju)離(li)相比傳(chuan)統導料槽更長，因此能量耗散更多，有益于粉塵沉降。

（2）迷宮阻尼簾聯通導料(liao)(liao)(liao)槽(cao)(cao)幾乎整個流(liu)場均呈(cheng)現湍流(liu)運動。且湍流(liu)動能相(xiang)比傳統導料(liao)(liao)(liao)槽(cao)(cao)提高(gao)很多。導料(liao)(liao)(liao)槽(cao)(cao)尾部(bu)湍流(liu)動能較弱，流(liu)場相(xiang)對穩定，有益于(yu)抑制粉塵從(cong)導料(liao)(liao)(liao)槽(cao)(cao)尾部(bu)反(fan)向逸出。

圖20 湍流動能等值(zhi)線分(fen)布圖   

      圖21 顆粒項運(yun)動軌跡圖

（3）對比傳統導料槽，“O”型的(de)落(luo)料管(guan)入口流(liu)場(chang)能夠迅速(su)將(jiang)誘導氣(qi)(qi)流(liu)分成兩(liang)路(lu)，從(cong)而降低氣(qi)(qi)流(liu)速(su)度，隨后兩(liang)股(gu)氣(qi)(qi)流(liu)合并之后，相互沖擊碰撞，發生(sheng)能量(liang)耗(hao)散。同時迷宮(gong)擋(dang)簾能夠在導料槽流(liu)場(chang)中造成很(hen)多小漩(xuan)渦，氣(qi)(qi)流(liu)運動被(bei)完全擾亂(luan)，進一步(bu)耗(hao)散能量(liang)，促(cu)進粉(fen)塵沉降。

5 總(zong)結

傳統導料(liao)槽(cao)中氣(qi)流(liu)夾帶粉塵顆粒(li)做層(ceng)流(liu)運動(dong)(dong)，導料(liao)槽(cao)長度(du)(du)較短(duan)，因此(ci)，粉塵顆粒(li)在高(gao)速誘導氣(qi)流(liu)的帶動(dong)(dong)下無法完(wan)成自然(ran)沉(chen)降的過程。為(wei)此(ci)我們(men)提(ti)出(chu)di一(yi)種假(jia)設(she)增(zeng)加擴容區(qu)(qu)，分析(xi)表(biao)明(ming)擴容區(qu)(qu)能夠一(yi)定程度(du)(du)上促(cu)進粉塵沉(chen)降，效(xiao)果(guo)一(yi)般(ban)；第二種方法是添加阻尼(ni)擋(dang)簾，分析(xi)表(biao)明(ming)阻尼(ni)擋(dang)簾能夠增(zeng)加湍(tuan)流(liu)區(qu)(qu)域范圍，增(zeng)加湍(tuan)流(liu)動(dong)(dong)能，配合擴容區(qu)(qu)使(shi)用，粉塵沉(chen)降效(xiao)果(guo)強于單純(chun)使(shi)用擴容區(qu)(qu)的導料(liao)槽(cao)；Z終方案是使(shi)用迷宮阻尼(ni)簾和“O”型流(liu)場(chang)布置(zhi)，此(ci)方案能夠使(shi)整個導料(liao)槽(cao)流(liu)場(chang)均(jun)為(wei)湍(tuan)流(liu)區(qu)(qu)域，渦旋數量增(zeng)多，振幅和頻率(lv)增(zeng)大(da)，無動(dong)(dong)力抑塵效(xiao)果(guo)Z好。

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