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转载点封闭罩内煤尘运移规律的数值模拟 　　摘 要:针对转载点封闭罩内的粉尘浓度特点建立数值模型,模拟出封闭罩内气固两相流二维的速度场。计算结果揭示:气固两相间的速度差及煤流下降诱发的受迫环流是影响煤尘逸出的主要因素。并总结出气流的运动过程可分为加速下落和水平扩展两个阶段,及每个阶段气流的运动状态。根据理论分析,提出封闭罩内降尘可以通过疏导气流,以求空气与煤流同速运移来实现。 　　关键词:皮带输煤系统 转载点 煤尘颗粒 气固两相流 数值模拟 　　中图分类号: P62文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 03-076-03 　　对输煤系统转载点封闭罩内气固两相流进行数值模拟的目的,是通过封闭罩内的空气的速度场、压力场、尤其是煤尘的速度场及浓度分布,分析得出封闭罩的结构布置以及粉尘颗粒从煤流中的逸出特性,为防尘喷嘴位置的选择以及其他喷雾降尘的选取提供一些有价值的参考。 　　由于对于封闭罩内空气的运移规律所知尚且不足,仅由实际测试结果可知在转载点入口处气流变化小,则煤尘浓度也小;在煤流沿溜槽下滑并冲击皮带的部位,浓度突然增大。可见,空气流动对粉尘影响很大,它控制着转载点内粉尘的运动。因此,本文主要对封闭罩内空气的运动规律进行研究,根据准格尔黑岱沟选煤场优煤仓下106皮带机尾和受料皮带203的机头的转载点建立模型。 　　1封闭罩内气固两相流特征分析和基本假设 　　在气固两相流中,稀相是指气体中含有很稀少的固体颗粒,密相(也称浓相)是指气体中含有大量的固体颗粒。常用的区分方法:以固体颗粒的容积份额来区分,1- 5%的为密相。本文所计算的模型实测的浓度峰值在3000mg/m3左右,粉尘颗粒的密度为1200kg/m3,若按粉尘浓度3500mg/m3计算,容积含固率1- =2.3?06,远远小于5%,所以可以判断转载点封闭罩含尘风流属于稀疏气固两相流。 　　煤尘颗粒粒径由AQF―1粉尘采样器现场取得粉尘试样分析测得转载点分散度数据如表1。由表可知,转载点处颗粒大部分粒径在10 m以下,在总分散度80%以上,大于10 m的颗粒占一小部分。体平均粒径可由以下公式计算: 　　 (1) 　　计算得转载点煤尘颗粒的代表性直径为:。 　　基本假设:(1) 视颗粒相为连续介质。颗粒相可以看作一种拟流体,它与气体相相互藕合着,满足质量、动量和能量衡等物理定律;(2) 封闭罩内流场边界和流体内部无强大热源,空气温度变化不大,可忽略热交换,看作定常等温场;(3) 假设定常流动;(4) 粒子为具有同一直径的球体。 　　表1 准能公司黑岱沟选煤厂106-203皮带转载点分散度测试数据 　　 　　2 计算模型及边界条件 　　2.1模型的提出 　　由2中分析可知封闭罩内稀疏悬浮气固两相流,并且其中以小于5 m的呼吸性粉尘为主,由于粉尘对气流的作用很微小,可以忽略。于是大直径煤块(500 m)的流动是气流运动的主要因素,考虑到煤块的密度和直径,可知其所受的重力远远大于气流的阻力,所以不同大小的煤块其运动速度和轨迹基本相同,鉴于此本文将颗粒直径设为500 m,使用Eularian模型。 　　连续性方程: 　　 (2) 　　 (3) 　　动量方程: 　　(4) 　　其他变量方程: 　　(5) 　　为了实现从单相模型到多相模型的改变,必须引入附加的守恒方程。在引入附加的守恒方程的过程中,必须修改原始的设置。这个修改涉及到多相体积分数的引入和相之间动量交换的机理。 　　(1) 体积分数 　　作为互相贯穿连续的多相流动的描述组成了相位体积分数的概念,这里表示为。q相的体积Vq定义为: 　　 (2-33) 　　这里。(2-34) 　　q相的有效密度为: 　　(2-35) 　　这里是q相的物理密度。 　　(2) 守恒方程 　　方程的通用形式(Equations in General Form)质量守恒相的连续方程为: 　　(2-36) 　　这里是q相的速度,表示了从第p相到q相的质量传递。从质量守恒方程可得和 。 　　(3) 动量守恒 　　q相的动量平衡产生了: 　　 　　(2-37) 　　这里是第q相的压力应变张量(stress-strain tensor) 　　(2-38) 　　这里是q相的剪切和体积粘度, 是外部体积力, 是升力, 是虚拟质量力,是相之间的相互作用力,p是所有相共享的压力。是相间的速度。计算中使用下面形式的相互作用项: 　　(2-39) 　　这里是相间动量交换系数。 　　(4) 升力 　　对多相流动,FLUENT能包含第二相粒子(或液滴或气泡)的升力的影响。这些升力作用于粒子主要是由于主相流场的速度梯度。主相中作用于第二相的升力由下式计算: 　　(2