脉冲反吹过程中陶瓷过滤器滤管内流场的测定与分析

2000年第24卷第3期石油大学学报(自然科学版)JournatoftheUniversityofPetrci自TChinaVot24No3Jun．2000文章编号：10005870(2000)03-0073．03@寸—脉冲反吹过程中陶瓷过滤器滤管内流场的测定与分析垫T。{《(石油大学机电工程系。北京102200)耋喜篙内瘟爱陡度关键词：陶瓷过摅器；滤管；驻冲反吹；气体流动；流场；瞬态速度；测量10，扛中图分类号：TQ05185文献标识码：A-L／引言化为一维流场。近年来，国内外对脉冲反吹过程中陶瓷过滤器滤管表面粉尘层的破坏机理进行大量的研究。Mai等人LlJ利用热线风速仪研究反吹气流为连续稳定气流时滤管外平均径向速度沿轴向的分布规律。Christ[2J则利用F1uent流体计算软件计算滤管内中心处的轴向速度渡形，并与激光多普勒测速仪测得的结果进行比较。为了深人了解脉冲反吹机理，须详细测量整个脉冲反吹过程中滤管内的气流速度波形。并分析喷吹压力对气流速度的影响。1测定方法实验是在由三根滤管组成的陶瓷过滤器实验装置1]J上进行的。进行脉冲反吹时。由脉冲控制仪产生的电信号启动脉冲阀，使得储气罐的高压空气由脉冲阀经喷嘴形成高速射流。并在集气室内引射部分气体进人引射器和滤管。随着滤管内压力的升高，形成穿过滤管壁的逆向脉冲气流。在滤管轴线方向上开有三个测量孔，采用IFA100智能型热线风速仪对中间滤管的内流场进行测定。为便于分析，实验在不加过滤气体的条件下进行。由测定结果可知，滤管内实际为二维非稳态流场。且由于滤管长度远大于其内径，使得所渊得的径向速度远远小于轴向速度。因此可将其简2实验结果及分析2．1滤管内瞬态流场在喷吹压力为0．6MPa及脉冲宽度为46rns时，对滤管轴线上四个不同位置处(图1)的轴向速度渡形进行了测定，结果见图2。由图2可看出，轴向速度渡形都存在一个速度最低点。流场显示实验结果表明，在速度渡形的前半段，轴向速度方向向下，为进气过程；而后半段的轴向速度方向向上。为气体由管内向集气室排气的过程。由于在测量过程中忽略滤管内径向速度，所以进、排气过程转折点的速度并没有降低到零值。在进气过程中，由于气体速度较高且喷吹气体与引射气体并没有完全混合，因此轴向速度湍流度大；而在排气过程中气体已在滤管内充分混合，速度湍流度很小。在进气过程中，由于滤管内气体不断穿过滤管壁向外流动，使得管内轴向速度由上至下逐渐降低。园1滤管轴向测■点图3为B处不同径向位置的轴向速度分布。由图3可看出，由于在滤管内壁面处存在径向气速，从而导致滤管壁面附近的轴向速度高于中心处的轴收稿日期：2000-01-06基金项目：国家自然科学基金(59676045)作者简介：姬忠札(1963一)、舆(汉旗)，山东泣上^，副教授．硕士，现从事高温气圃分离技术与设备研究。维普资讯http://www.cqvip.com石油大学学报(自然科学版)向速度。时『可t／a：、‘{唏雹舞时同t／1时间，一s时间￡／as∞垣玺∞瑚厦替围2滤管不同轴向位置处的轴向速度波形通过滤管某截面流向滤管下端的气体流量为滤管该处下端的反吹气量，而滤管内两个截面间的反吹气量应为通过上、下端截面气体流量之差。假定滤管内流场为轴对称流场测出滤管上B．c，D处内截面上的不同径向位置的轴向速度分布后，可利用数值积分法计算出滤管各段的反吹气体体积流量，再除对应的各段滤管内壁表面积，即可得到平均径向反吹气速。同理，也可计算出滤管各段的平均径向回流速度。将滤管底端设为E点，则滤管可分为BC段、CD段和DE段，计算结果见表l。表1滤管各段平均径向速度∞世瑚厦嚣时间t／as图3B处不同径向位置的轴向速度分布由表1可知，滤管上部的平均径向反吹气速比滤管下部的平均径向反吹气速高的多，这说明滤管上部壁面的粉尘层比滤管下部的粉尘层所受到的喷吹作用力大，滤管上部清灰效果好。同时，在滤管下部很短的DE段有很大的回流气量，而滤管上部的回流现象却要小的多+沿滤管由下至上回流有减小的趋势。其原因是反吹结束时，滤管下部压力高于滤管上部压力，造成滤管内气体由下向上流动；同时，滤管外气体迅速穿过管壁进入滤管。由于滤管内气体在向上流动过程中，滤管内下部区域的气体量比滤管内上部区域的气体量少，甚至滤管内底部的局部区域出现气体真空，导致滤管下部比滤管上部回流严重。滤管外的气体回流现象使得已经离开表面的小颗粒重新沉降在滤管表面形成致密的粉尘层。粉尘层随着循环次数的增加不断变厚，影响过滤器的长周期稳定运行。2．2喷吹压力对滤管内速度波形的影响图4给出喷吹压力分别为0．4，0．5和0．6MPa时B处滤管中心的轴向速度波形。由图中可以看出，随着喷吹压力的增大，喷吹气量和由喷吹气体造成的引射气量也在增大．从而使得各点轴向速度峰值也增大。同时，喷吹压力的增大还