通風(fēng)管道內(nèi)氣粒流動(dòng)過程是典型的湍流氣固兩相流動(dòng)，襄陽排煙管道襄陽通風(fēng)管道廠家分享襄陽通風(fēng)管道彎頭段粉塵運(yùn)移規(guī)律數(shù)值模擬研究

彎頭段顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)研究整個(gè)管道內(nèi)顆粒的輸送和凈化有著關(guān)鍵性的作用，運(yùn)用氣固兩相流動(dòng)理論中的歐拉-拉格朗日離散相模型和湍流模型，采用計(jì)算流體力學(xué)的FLUENT軟件，對(duì)通風(fēng)管道圓形彎頭段粉塵運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行數(shù)值模擬。分析和討論不同送風(fēng)速度以及不同粒徑下塵粒在彎頭內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其結(jié)果對(duì)工程實(shí)踐能起到一定的指導(dǎo)作用。

隨著對(duì)節(jié)能、溫度和濕度舒適要求的提高，建筑物密閉程度不斷增大，室內(nèi)空氣質(zhì)量越來越大地依賴于空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)情況。在空氣輸送過程中，粉塵極容易在管道里沉積，影響通風(fēng)效果并產(chǎn)生二次污染。沉積的塵粒，在適宜的溫度和濕度下，滋生大量細(xì)菌和微生物，隨著空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行隨氣流進(jìn)入室內(nèi)，造成嚴(yán)重的室內(nèi)空氣污染。

目前，已有文獻(xiàn)討論了管道中顆粒物的輸運(yùn)特性，主要集中于理想化的長直管道。但是，根據(jù)動(dòng)力學(xué)基本原理，發(fā)生在類似于彎頭段的管道局部構(gòu)件處的沉積比在直管道中要大很多。根據(jù)通風(fēng)管道的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和工程中常用圓形風(fēng)管的尺寸，本文對(duì)橫截面尺寸為200mm的圓形彎頭內(nèi)，不同送風(fēng)速度下，粒子直徑為1到100μm，湍流擴(kuò)散的情形下，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬追蹤。

1、氣固兩相流數(shù)學(xué)模型

通風(fēng)管道內(nèi)氣粒流動(dòng)過程是典型的湍流氣固兩相流動(dòng)。研究兩相流問題基本上有兩種方法。一是歐拉-歐拉方法，不同的相在計(jì)算中被看作是可以互相貫穿和摻混的連續(xù)介質(zhì)。二是歐拉-拉格朗日法，該方法是把流體當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)，流場采用歐拉方程進(jìn)行計(jì)算，而將占據(jù)很低的體積系數(shù)的顆粒作為離散相處理。此方法可以對(duì)大量不同粒徑大小的顆粒在流場中的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤，甚至可以模擬出顆粒與墻壁的彈性碰撞，對(duì)復(fù)雜的幾何流場適應(yīng)性特別強(qiáng)。由于本文模擬對(duì)象中顆粒直徑較小，濃度較低，顆粒對(duì)氣體流場的影響不大，本文采用拉格朗日離散模型，在計(jì)算中忽略顆粒與顆粒之間的作用以及顆粒對(duì)氣相流場的影響，而只考慮氣相流場對(duì)顆粒的作用[4]。

1.1 氣相湍流模型

雷諾應(yīng)力模型是通過對(duì)時(shí)均形式的Navier-Stokes方程做各種運(yùn)算，雷諾應(yīng)力方程模型能夠克服湍流粘性系數(shù)模型的局限性，是具有廣泛應(yīng)用性的簡單的模型，同時(shí)也是目前對(duì)復(fù)雜實(shí)際流動(dòng)過程模擬較為成功的工程湍流模型，本文采用雷諾應(yīng)力模型來模擬氣相的湍流流動(dòng)。

根據(jù)通風(fēng)管道的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和工程中常用圓形風(fēng)管的尺寸，選取直徑為200mm，彎曲比為2的圓形風(fēng)管，為保證彎頭內(nèi)氣流湍流運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，在彎頭進(jìn)出口分別附加一段直管，彎頭模型具體尺寸如圖1。

氣相流場邊界條件：固體壁面，采用無速度滑移和無質(zhì)量滲透條件;入口邊界條件由入口處的空氣速度及流量具體確定;采用壓力出口邊界條件。離散相邊界條件：采用面射流源，顆粒采用均勻分布，從管道入口噴入，速度與氣流速度相同，顆粒密度取2000kg/m3，射流量為0.1kg/s;壁面邊界條件采用trap離散相邊界條件;出口邊界條件取為escape邊界條件。

為了得到穩(wěn)定的非定常流動(dòng)狀態(tài)，時(shí)間步長(Time Step Size)取特征長度除以特征速度所得的時(shí)間小兩個(gè)數(shù)量級(jí)的1/10(0.0005s)，時(shí)間步數(shù)(Number of Time Steps)為3個(gè)流動(dòng)循環(huán)周期所需要步數(shù)(3000步)。