濾筒除塵器是一種治理工業粉塵的高效穩定的除塵設備，由於其除塵效率更高、占地面積小、檢修方便，鋼耗量少的優點，逐漸成爲多數企業首選除塵設備。
據相關資料介紹，影響除塵(chén)器除塵(chén)效率關鍵因素是過濾風速和除塵(chén)室内的内部流場(chǎng)分布，過濾風速可以根據顆粒物性、粉塵(chén)濃度等因素來調節。
國内對濾筒除塵器内部流場特征的研究相對較少，傳統的物理實驗受現有測(cè)量技術的限制，無法獲得除塵器内部詳細的流場分布，從而無法合理的預估實際生産中存在的問題，而且物理實驗造成的能源浪費也較爲嚴重，除塵器内部流場的分析屬於(yú)非線性流動問題，理論分析過於(yú)複雜，存在較多的人爲因素。
近年來，計算機技術的高速發展增加瞭(le)計算機數值模拟的可行性，可容易的實現複雜流動(dòng)的模拟求解。
本文将對濾筒除塵(chén)器的不同進出口夾角對氣流流場(chǎng)的影響進行模拟研究，尋求不同進出口夾角對氣流分布均勻性的影響規律。
1、除塵器概述
濾筒除塵器是在布袋除塵器的基礎上，将濾袋升級爲濾筒，以期實現提高過濾效率及增加過濾風量的新一代除塵産品；與布袋除塵器相比，不僅在過濾風量和過濾效率方面得到瞭巨大的提高，同時濾筒除塵器具有低壓運行、低阻損等顯著優點。
因此濾筒除塵(chén)器可以做到結構緊湊(còu)，大大減少占地面積，降低初期投資及運行維護成本。
1.1 濾(lǜ)筒除塵(chén)器工作原理
濾筒除塵器的過濾方式爲表層過濾，含塵氣體由進風口進入除塵器後，由於(yú)空間的擴大及導流闆的氣流分布作用，氣流流速變(biàn)緩，含塵氣流中顆粒粗大的粉塵在重力和慣性力作用下落入灰鬥；而微細粉塵随氣流進入除塵室，由於(yú)布朗效應以及濾筒的篩分作用，最終使粉塵沉積在濾料表面上，當濾筒兩側壓差達到設定值後脈沖清灰裝置動作進行清灰，使粉塵落入灰鬥；淨化後的氣體進入淨氣室由排氣管彙集到出氣口經風機排出，落入灰鬥的粉塵經卸灰閥排出除塵器。
1.2 進(jìn)出口位置對(duì)氣流的影響
據相關資料介紹，影響除塵(chén)器除塵(chén)效率關鍵因素是粉塵(chén)性質、濾筒材質、過濾風(fēng)速和除塵(chén)室的氣流上升速度等因素有關。其次，還與清灰方法及清灰能力有關。
對於(yú)粉塵性質、濾筒特性、和風速的研究較多，而對氣流的上升的研究較少。含沉氣流的上升速度及流場(chǎng)主要受進風口位置和出風口位置影響最大。
根據有關資料對側(cè)下進風、下進風、側(cè)中進風、側(cè)上進風等不同進風方式的分析，得出側(cè)中進風方式是最優進風方式。氣流在灰鬥和塵氣室内沒有形成渦流，流場(chǎng)較爲均勻。
因此，在下文的模拟中採(cǎi)用側(cè)中進風的進氣方式。本文爲探索不同出口方式對濾筒除塵器氣流分布均勻性的影響，採(cǎi)用進出口夾角爲0°、90°和180°3種出口形式進行模拟分析。
1.3 滲透率
滲透率K是描述多孔介質性質的一個(gè)關鍵參(cān)數，表征在外加壓力梯度的作用下一種流體通過多孔介質的容易程度。
本例中含塵(chén)氣流在除塵(chén)器内部的流動可看作恒定不可壓縮流動，濾筒可看作有限厚度的薄膜，通過它的壓力變(biàn)化定義爲達西定律和附加内部損失項的結合：
1.4 濾筒流量分配系數
濾筒的流量分配系數是指每個濾筒實際處(chù)理氣體流量與平均處(chù)理氣體流量的比值，該參(cān)數可有效反應單個濾筒的實際過濾情況，記作Kqi，其公式表示爲：
該系數越小，說明流量分布越均勻，對(duì)濾筒除塵(chén)器整體設計越好。
2、建模
濾筒除塵器内部結構較爲複雜，若不對其進行簡化處理，那麽除塵器流場(chǎng)的分析将會非常複雜，以至於(yú)計算機無法完成計算，因此，需要對除塵器的内部結構做适當簡化，假設如下：
（1）濾筒除塵器主要處理粉塵對象爲炭黑等輕質幹燥粉塵，因此，可将輕質粉塵和氣體的混合物看作是一種均勻介質，在進行數值模拟時，将該氣固兩相流近似簡化成具有平均流體特性的單相流處理。
（2）濾筒除塵器在實際運行過程中，濾筒表面的粉塵量是不斷變(biàn)化的，而在此不進行動态分析，僅做些靜态模拟，即在粉塵層(céng)厚度一定的情況下做壓強、速度及流量分配等的分析。
（3）濾筒結構較爲複雜，褶數較多，對於(yú)數值分析的建模及計算不利，因此，将濾筒除塵器簡化爲圓柱狀，其他相關設置參(cān)數做進一步相似更改。
根據模型簡化的規則，去除脈沖(chōng)噴吹部分、連接部分以及清灰部分等，在SOLIDWORKS中創(chuàng)建的三維模型。
根據某公司的除塵(chén)器模型，除塵(chén)器的進口尺寸爲500mm×500mm，出口尺寸爲200mm×1000mm，3種建模出口方位與進口方位的夾(jiā)角分别0°、90°爲和180°。
将SOLIDWORKS中創建的三維模型導入Gambit進行有限元網格劃分，在Gambit中採用非結構化網格劃分技術進行網格劃分。
網格劃分完成後導(dǎo)入SOLIDWORKS軟件中，依次點(diǎn)擊Mech→Polydedra→Convert Domain，經過短暫的時間轉化後，将四面體非結構化網格轉化爲多面體網格，提高計算效率。
除塵(chén)器規格爲濾筒個數6排8列，共48個，濾筒規格爲150mm×1500mm，過濾總風量爲6900m3/h，即濾筒過濾風速約爲0.8mm/min，本模拟中濾筒採(cǎi)用的是非覆膜式，採(cǎi)用的濾筒滲透率α爲1×10-5m2。
爲更好的分析濾筒間氣流分布情況，方便下文叙述，現對(duì)濾筒進行編(biān)号，靠近進氣口的爲第一列，示意圖見圖2。
3、模拟結果分析
綜合3種出口位置模型模拟數據，繪制3種出口位置下的綜合流量分配系數如下圖3所示。綜合流量分配系數反映瞭3種出口位置的除塵器的流量分配情況。從圖3可以看出，進出口夾角爲90°和夾角爲180°的除塵器模型的流量分配均勻性均較好，而進出口夾角爲0°的除塵器模型氣流分配均勻性較差。
将3種出口形式的濾筒總過濾風量進行統計，進出口夾角爲0°的除塵(chén)器的過濾風量的質量流量爲2.349 kg/s1進出口夾角爲90°的除塵(chén)器爲2.350 kg/s1進出口夾角爲180°的除塵(chén)器爲2.346 kg/s，3種出口形式的濾筒總過濾風量差值最大爲0.004 kg/s，小於(yú)總過濾風量的1%，因此，可以将3種出口形式下的氣流分布進行對比。
對(duì)3種出口形式的濾筒除塵(chén)器不同排和不同列濾筒過濾風量進行統計(1~8号濾筒爲第1排，9~18号濾筒爲第2排，以此類推，直到41~48号濾筒爲第六排。1、9、17、25、33和41号濾筒爲第1列，2、10、18、26、34和42号濾筒爲第2列，以此類推，直到8、16、24、32、40和48号濾筒爲第8列，繪制表格見表1和表2。
不同排和不同列濾筒過濾風量圖顯示瞭(le)整個除塵器的過濾情況，從以上分析數據可以看出，不論何種出口位置，整個除塵器中心部分的濾筒過濾風量均有所降低，即靠近除塵器側(cè)壁的除塵器的過濾風量較高。
再來觀察不同排濾筒過濾風量統計圖，重點分析第6排濾筒的過濾風量，從(cóng)圖中可以明顯看出，進出口夾角爲90°的濾筒除塵(chén)器的第6排濾筒過濾風量最高。
再來觀察不同列濾筒過濾風量統計圖，重點分析第1列和第8列濾筒的過濾風量，進出口夾角爲0°的除塵(chén)器的第1列濾筒過濾風量最高，進出口夾角爲180°的除塵(chén)器的第8列濾筒過濾風量明顯高於(yú)進出口夾角爲0°的除塵(chén)器，略高於(yú)進出口夾角爲90°的除塵(chén)器。
綜合模拟結(jié)果可以得出結(jié)論，進出口夾(jiā)角爲180°時氣流分布最均勻。
流場(chǎng)在相同的總過濾風量下，出口位置會導(dǎo)緻與之鄰近的濾筒的過濾風量的提高，進出口夾角爲180°時氣流分布最均勻。
4、結論
爲探索不同進出口夾角對濾筒除塵(chén)器氣流分布均勻性的影響，採(cǎi)用進出口夾角爲0°、90°和180°3種出口形式進行模拟分析，分别從不同排和不同列的濾筒過濾風量和綜合流量分配系數的角度對比得出：出口位置會緻與之鄰近的濾筒的過濾風量的提高。
綜合考慮濾筒流量分配系數和各濾筒過濾風量，在設計濾筒除塵(chén)器時，應盡量選用進出口夾角爲180°即進風口位置相對(duì)的氣流分布方式。
