CN102069034A - 一种电除尘器气流分布模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种电除尘器的气流分布模拟方法，包括：模拟计算电除尘器的组成结构的微观模型在不同开孔率和不同风速下的阻力分布，根据阻力分布确定所述电除尘器的组成结构的简化模型的边界参数；将对电除尘器的组成结构的微观模型进行模拟后确定的电除尘器的组成结构的简化模型的边界参数应用于电除尘器的组成结构的宏观模拟过程中；将电除尘器的组成结构的宏观模拟结果与该电除尘器的组成结构的实体模型结果进行对比，对电除尘器的组成结构的模型进行修正。该方法的模拟结果更准确。
Description
技术领域
本发明属于计算流体力学领域，尤其涉及一种电除尘器气流分布模拟方法。
背景技术
计算流体力学于20世纪60年代左右形成了一门独立的学科，它最早成功应用在航空航天领域。而电子计算机的出现为解析复杂的流体力学方程提供了一条解决途径。
电除尘器在设计过程中，需要进行气流分布模型实际试验，通过模型试验对电除尘器的气流分布均匀性进行调整，并确定最终的设计方案。这些实际的试验会耗费大量的人力、物力和时间。为了减少试验时间和费用，可以采用计算机对电除尘器进行数值模拟，即进行数值试验。由于对电除尘器的分析主要涉及流体力学领域，因此计算流体力学在针对电除尘器的数值试验中得到了广泛的应用。
例如：2005年03期的《热力发电》中公开了“电除尘器气流分布计算流体动力学方法初步研究”；2005年《第十一届全国电除尘学术会议论文集》中公开了“电除尘器气流分布CFD方法初步研究”；2008年《中国机械工程学会环境保护分会第四届委员会第一次会议论文集》中公开了“电除尘器气流分布数值计算方法研究”；2007年01期的《重型机械》公开了“大型电除尘器气流分布数值计算的研究和应用”；2007年《第十二届中国电除尘学术会议论文集》中公开了“电除尘器气流分布数值计算的研究和应用”；2009年03期的《环境工程》公开了“电除尘器气流分布数值计算方法研究”；2009年21期的《电脑知识与技术》公开了“大型电除尘器的CFD模拟及优化设计”等。
在对电除尘的模拟中，最主要及关键的问题是对气流分布板和槽型板的简化及参数确定。而包括上述的已有的对电除尘器进行模拟的方法中主要都是对电除尘器进行宏观模拟，电除尘器中的假设及简化模型基本是根据经验确定的，并没有充足的理论来支撑。比如对孔板的简化都是采用等效阻力法，将孔板简化成一层渗透膜，并利用经验数据来确定简化模型的边界条件，这会使得模拟结果与试验结果之间存在偏差，导致模拟仿真结果不够准确，会对后续基于该模拟结果进行设计的过程产生误导。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电除尘器的气流分布模拟方法，能够使得模拟结果更加准确。
为实现上述目的，本发明提供一种电除尘器的气流分布模拟方法，包括：
模拟计算电除尘器的组成结构的微观模型在不同开孔率和不同风速下的阻力分布，根据阻力分布确定所述电除尘器的组成结构的简化模型的边界参数；
对所述简化模型的边界参数进行实验验证，并根据验证结果对所述简化模型的边界参数进行修正；
将对电除尘器的组成结构的微观模型进行模拟后确定的电除尘器的组成结构的简化模型的边界参数应用于电除尘器的组成结构的宏观模拟过程中；
将电除尘器的组成结构的宏观模拟结果与该电除尘器的组成结构的实体模型结果进行对比，对电除尘器的组成结构的模型进行修正。
本发明实施例提供的电除尘器的气流分布模拟方法的模拟结果相对于现有技术中的方法更准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a是本发明实施例提供的一种电除尘器的气流分布模拟方法的示意图；
图1b是本发明一具体实施例中孔板单元的示意图；
图2a和图2b是孔板单元内的流线图和压力分布云图；
图3是孔板单元的阻力压力降与入口风速的关系图；
图4是槽型板的结构图；
图5是槽型板的计算网格图；
图6是槽型板微观模型湍流模拟的流线示意图；
图7是电除尘器的本体模型示意图；
图8是电除尘器本体内压力分布云图；
图9是多分支电除尘器流量分布模拟示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种电除尘器的气流分布模拟方法，如图1a所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101：模拟计算电除尘器的组成结构的微观模型在不同开孔率和不同风速下的阻力分布；
步骤S102：根据阻力分布确定所述电除尘器的组成结构的微观模型的简化模型的边界参数；
步骤S103：对所述简化模型的边界参数进行实验验证，并根据验证结果对所述简化模型的边界参数进行修正；
步骤S104：将对电除尘器的组成结构的微观模型进行模拟后确定的电除尘器的组成结构的微观模型的简化模型的边界参数应用于电除尘器的组成结构的宏观模拟过程中；
步骤S105：将电除尘器的组成结构的宏观模拟结果与该电除尘器的组成结构的实体模型结果进行对比，对电除尘器的组成结构的模型进行修正。
根据实际的需要，上述进行模拟的电除尘器的组成结构包括孔板或槽型板。
当被模拟的是孔板时，步骤S101具体实现为：
步骤S1011：确定不同开孔率孔板微观模型的尺寸，建立所述孔板微观模型的模型，并在其上划分计算网格，设定边界条件类型，输出网格；
步骤S1012：根据预先设定的模拟环境、求解器、方程和边界条件，对不同风速下的孔板单元进行模拟计算，对模拟结果进行分析，得到不同开孔率，不同风速的阻力分布情况。
当被模拟的是槽型板时，步骤S101可以具体实现为：
步骤S10111：确定不同开孔率槽型板微观模型的尺寸，建立所述槽型板微观模型的模型，并在其上划分计算网格，设定边界条件类型，导出网格；
步骤S10121：根据预先设定的模拟环境、求解器、方程和边界条件，对不同风速下的槽型板单元进行模拟计算，对模拟结果进行分析，得到不同槽型板布置，不同风速的阻力三个方向的分布情况。
槽型板和孔板的微观模拟的区别在于：孔板只需要得到一个方向的阻力分布，而槽型板需要得到三个方向的阻力分布。
以下以一个具体的例子详细说明本发明提供的电除尘器的气流分布模拟方法的具体实现。
本例中以孔板为例进行说明，图1b示出了孔板单元的示意图。首先需要对孔板微观模型进行模拟，具体包括：确定不同开孔率孔板的微观模型的尺寸，可以利用GAMBIT软件建立几何模型，划分计算网格，设置边界条件类型，输出网格；将网格导入FLUENT软件中，设定模拟环境，确定求解器、方程，设置边界条件，对不同风速下孔板的微观模型进行模拟计算；对模拟结果进行分析，得到不同开孔率、不同风速的阻力分布情况，可以用回归分析的方法确定孔板简化模型的参数。图2a和图2b示出了对孔板微观模型进行模拟计算后得到的孔板单元内的流线图和压力分布云图，图3示出了孔板单元的阻力压力降与入口风速的关系。在模拟中发现，采用Porous-jump模型作为孔板的简化模型，气流在刚通过孔板时的速度分布与实际是有较大误差的，但是在大约5倍孔板孔径的距离后，其气流速度的分布情况是一致的。
对槽型板的微观模型的模拟也是同理，只不过需要得出三个方向上的阻力分布，并确定三个方向上的边界参数。图4示出了槽型板的结构图，图5示出了对槽型板的计算网格，图6是槽型板微观模型模拟得到的流线示意图。
对孔板的宏观模拟过程如下：
在GAMBIT软件中建立孔板的宏观模型，即建立多孔模型，划分网格，设定边界条件，输出网格；将网格导入FLUENT中，对多孔模型进行计算；对孔板宏观模型的简化模型进行模拟计算，并将结果与孔板实体模型结果进行对比，对宏观模型的简化模型进行修正。
对槽型板的宏观模拟过程与对孔板的宏观模拟过程类似，只是对槽型板的宏观模型为多孔介质模型。
另外，本实施例中还可以应用以上得到的相关参数，对电除尘器进行整体模拟，其模拟范围是从空气预热器的出口到引风机的入口，其中包括电除尘器本体、进出口喇叭、进出口烟道、灰斗、孔板及相关部件。模拟步骤如下：确定要模拟的电除尘器的计算区域，用GAMBIT前处理软件建立电除尘器的几何模型，划分网格，审定相关边界条件类型，输出网格文件；将网格导入FLUENT软件中，检查网格，设定模拟环境、求解器、求解方程，设置具体的边界条件及相关的参数，对电除尘器进行模拟计算；对计算结果进行后处理，由FLUENT自带的后处理软件和Tecplot软件进行，得到电除尘器各室的流量分配、本体阻力及电场气流速度分布情况，并根据模拟进行计算，得到电除尘器的流量偏差和气流速度分布相对均方根差。以电除尘器内本体为例，图7示出了电除尘器的本体模型示意图；图8示出了模拟计算得到的电除尘器本体内压力分布云图；以两分支电除尘器为例，图9示出了对两分支电除尘器的流线模拟结果。
本发明通过对孔板和槽型板的微观模型的模拟来确定简化模型和边界条件，这是一种从微观到宏观的模拟方法。电除尘器内的流动是不均匀的，但是在微观条件下，可以认为流动无线接近均匀。在微观条件下得到各个参数，并将模型依次扩大，并不断验证微观模型的合理性和准确性，最终使其能应用于宏观模型。本发明实施例提供的电除尘器的气流分布模拟方法的模拟结果相对于现有技术中的方法更准确。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种电除尘器的气流分布模拟方法，其特征在于，包括：
模拟计算电除尘器的组成结构的微观模型在不同开孔率和不同风速下的阻力分布，根据阻力分布确定所述电除尘器的组成结构的微观模型的简化模型的边界参数；
对所述微观模型的简化模型的边界参数进行实验验证，并根据实验结果对所述微观模型的简化模型进行修正；
将对电除尘器的组成结构的微观模型进行模拟后确定的电除尘器的组成结构的微观模型的简化模型的边界参数应用于电除尘器的组成结构的宏观模拟过程中；
将电除尘器的组成结构的宏观模拟结果与该电除尘器的组成结构的实体模型结果进行对比，对电除尘器的组成结构的模型进行修正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：对电除尘器进行整体模拟。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电除尘器的组成结构包括：孔板或槽形板。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述电除尘器的组成结构为孔板时，所述模拟计算电除尘器的组成结构的微观模型的阻力分布具体实现为：
确定不同开孔率孔板微观模型的尺寸，建立所述孔板微观模型，并在其上划分计算网格，设定边界条件类型，输出网格；
根据预先设定的模拟环境、求解器、方程和边界条件，对不同风速下的孔板单元进行模拟计算，对模拟结果进行分析，得到不同开孔率，不同风速的阻力分布情况。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述电除尘器的组成结构为槽型板时，所述模拟计算电除尘器的组成结构的微观模型的阻力分布具体实现为：
确定不同开孔率槽型板微观模型的尺寸，建立所述槽型板微观模型，并在其上划分计算网格，设定边界条件类型，输出网格；
根据预先设定的模拟环境、求解器、方程和边界条件，对不同风速下的槽型板单元进行模拟计算，对模拟结果进行分析，得到不同槽型板布置，不同风速的阻力三个方向的分布情况。
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| CN103823950A (zh) * | 2014-03-19 | 2014-05-28 | 福建龙净环保股份有限公司 | 一种电场数值建模方法及装置 |
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| CN108405186A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-17 | 东北师范大学 | 基于物联网节点的静电除尘紊流调整系统 |
| CN109800479A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-24 | 华东理工大学 | 褶皱式黏性颗粒捕集分离装置的优化方法 |
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2009
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