1 研究觀點(diǎn)的提出

1.1工業(yè)用除塵器簡介及性能比較

工業(yè)除塵所涉及的多相混合物稱為氣相懸浮系或氣溶膠。分散于其中的細(xì)小顆粒叫做塵�；蛭⒘＃鴫m粒的堆集狀態(tài)叫做粉體。在工程設(shè)計(jì)中為了正確地設(shè)計(jì)和選擇除塵設(shè)備，必須掌握粉塵的主要物理和化學(xué)性質(zhì)，用于描述粉塵性質(zhì)的參數(shù)有：粒徑與分散度、密度與堆積密度、凝聚性、濕潤性、荷電與導(dǎo)電性、自然堆積角、爆炸性。

在日常工業(yè)上用于粉塵顆粒物分離的設(shè)備主要有：重力沉降式除塵器、慣性除塵器、電除塵器、濕式除塵器、過濾式除塵器、旋風(fēng)除塵器，簡述如下[1,2,3]：

（1）重力除塵器   

重力除塵器是使含塵氣體中的粉塵借助重力作用自然沉降來達(dá)到凈化氣體的裝置。它的沉降速度太小，僅為離心沉降速度的幾十分之一。實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)構(gòu)簡單，阻力小、但體積大、除塵效率低、設(shè)備維修周期長。

（2）慣性除塵器 
 
這是一種利用粉塵在運(yùn)動(dòng)中慣性力大于氣體慣性力的作用，將粉塵從含塵氣體中分離出來的除塵設(shè)備。這種除塵器結(jié)構(gòu)簡單，阻力較小，但除塵效率較低，一般應(yīng)用于一級(jí)除塵。

（3）電除塵器   

電除塵器中的含塵氣體在通過高壓電場電離時(shí)，塵粒荷電并在電場力作用下，塵粒沉積于電極上，從而使塵粒與含塵氣體相分離的一種除塵設(shè)備。它能有效地回收氣體中的粉塵，以凈化氣體。各種電除塵器由于具有效率高、阻力低、能適用于高溫和除去細(xì)微粉塵等優(yōu)點(diǎn)，獲得了比其他除塵器更快的發(fā)展，但投資大。關(guān)于減少電除塵器的耗電量，運(yùn)用空調(diào)技術(shù)使高電阻含塵氣體也能獲得很好效果，使除塵器操作處于最佳條件和提高除塵效率等問題正在開展研究。

（4）濕式除塵器
  
這種除塵器是使含塵氣體與水或其它液體相接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其它作用而把塵粒從氣流中分離出來。濕式除塵器以水為媒介物，因此它適用于非纖維性的、能受冷且與水不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的含塵氣體，不適用于除去黏性粉塵。濕式除塵器具有投資低，操作簡單，占地面積小，能同時(shí)進(jìn)行有害氣體的凈化、含塵氣體的冷卻和加濕等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于處理高溫度高濕度和有爆炸性危險(xiǎn)氣體的凈化，但由于采用了水為凈化物，會(huì)帶來了二次污染。

（5）袋式除塵器   

主要依靠編織的或氈織的慮布作為過濾材料來達(dá)到分離含塵氣體中粉塵的目的，由于粉塵通過濾布時(shí)產(chǎn)生的篩分、慣性、黏附、擴(kuò)散和靜電作用而被捕集分離。袋式除塵器適應(yīng)性比較強(qiáng)，不受粉塵比電阻的影響，也不存在水的污染問題。在選取適當(dāng)?shù)闹鸀V劑條件下，能同時(shí)脫除氣體中的固、氣兩相污染物。但其存在過濾速度低、壓降大、占地面積大、換袋麻煩等缺點(diǎn)。

（6）旋風(fēng)除塵器   
 
 旋風(fēng)除塵器是利用旋轉(zhuǎn)的含塵氣體產(chǎn)生的慣性離心力，將粉塵從氣流中分離出來的一種干式氣-固分離裝置。這種除塵器主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，本身無運(yùn)動(dòng)部件，不需要特殊的附屬設(shè)備，占地面積�。徊僮�、維護(hù)簡便，壓力損失中等，動(dòng)力消耗不大，運(yùn)轉(zhuǎn)、維護(hù)費(fèi)用較低；操作彈性較大，性能穩(wěn)定，不受含塵氣體的濃度、溫度限制，對(duì)于粉塵的物理性質(zhì)無特殊要求。目前，旋風(fēng)除塵器廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、建筑、礦山、機(jī)械、輕紡等工業(yè)部門。 

表 1 各類除塵器的使用范圍和概略性能

從表1中可以看出，旋風(fēng)除塵器具有自身的優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)于袋式除塵器、濕式除塵器、電除塵器，旋風(fēng)除塵器對(duì)于捕集分離5μm以下的粉塵顆粒收集效率不高，其它性能指標(biāo)一定程度上都優(yōu)于上述除塵器。根據(jù)對(duì)粉塵顆粒危害健康的認(rèn)識(shí)，懸浮于大氣中的粉塵顆粒除能起到觸媒作用，使大氣中若干原來無毒的氣態(tài)物質(zhì)，以粉塵為凝聚核心，經(jīng)粉塵的觸媒作用化合成為有害的物質(zhì)外，顆粒大小本身對(duì)于人類呼吸系統(tǒng)危害也是關(guān)鍵。一般說大于8μm以上的顆粒，在呼吸過程中通過鼻腔的鼻毛及粘膜可以直接拒之于呼吸系統(tǒng)之外。而粒徑約小于0.3μm的通過肺器官可以經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)排出體外。粉塵顆粒從0.3μm到能沉積于肺部或者支氣管，成為對(duì)人體有致病的顆粒大小范圍[1]。從0.3μm到8μm，這一粒徑范圍的顆粒主要是由工礦企業(yè)如：煉油廠催化煙氣、工業(yè)生產(chǎn)中煤的燃燒、旋渦流化床廢氣、建筑水泥生產(chǎn)等所產(chǎn)生的，而目前旋風(fēng)除塵器在這些行業(yè)中是經(jīng)濟(jì)型必不可少的氣-固分離設(shè)備。

根據(jù)當(dāng)前我國工業(yè)發(fā)展的情況，材料供應(yīng)和動(dòng)力供應(yīng)情況，是不允許拋棄旋風(fēng)除塵器，而全部使用昂貴材料多、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、耗電量高的文氏管除塵器、袋式除塵器、電力除塵器，這就決定了干式旋風(fēng)除塵器在環(huán)境保護(hù)或工業(yè)除塵中存在很大的需求量。此外，隨著除塵器應(yīng)用場合特殊化（如高溫高壓的工況條件下）、結(jié)構(gòu)微型化（如可吸入顆粒物的采樣、汽車進(jìn)氣的預(yù)處理[4]）的發(fā)展，在奠定旋風(fēng)除塵器特殊地位的同時(shí)，對(duì)其也提出了更高的性能要求。

1.2 旋風(fēng)除塵器研究現(xiàn)狀

目前，旋風(fēng)除塵器的研究狀況可以從以下兩個(gè)方面敘述：

（1）分離理論及計(jì)算模型

目前，旋風(fēng)除塵器的研究理論主要有轉(zhuǎn)圈理論、篩分理論、邊界層理論、傳介質(zhì)理論等，各個(gè)理論都在一定的假設(shè)前提下建立了旋風(fēng)除塵器性能計(jì)算模型。其中轉(zhuǎn)圈理論是類比平流重力沉降分離理論最早發(fā)展起來的理論。在平流沉降室中距分離界面最高點(diǎn)h處的粉塵以重力沉降速度向下沉降，同時(shí)粉塵又以水平方向速度向前移動(dòng)，只要沉降室有足夠長度L,則粉塵就能到達(dá)分離界面而被分離。在旋風(fēng)除塵器內(nèi)存在徑向向外的離心沉降速度和旋轉(zhuǎn)切向分速度，如果旋轉(zhuǎn)圈數(shù)足夠多，即展開后的長度相當(dāng)于平流沉降室的長度L，則粉塵就能從內(nèi)半徑到達(dá)外邊壁處的分離界面而被分離,這一理論的研究以Rosin、Rammler、 Lnterman、First為代表[1,5]。

轉(zhuǎn)圈理論對(duì)于旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流場認(rèn)識(shí)是不夠全面的。氣流進(jìn)入旋風(fēng)除塵器內(nèi)，在上筒體內(nèi)，旋轉(zhuǎn)可以認(rèn)為只有單一的旋渦流場；而到達(dá)錐體空間，徑向的匯流或類匯流就將開始出現(xiàn)，因此旋風(fēng)除塵器內(nèi)除塵空間的流場，只見有渦，而不見有匯，顯然是不夠全面的。為了補(bǔ)救轉(zhuǎn)圈理論的缺點(diǎn),對(duì)于旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流場即見有渦，也見到有匯，因此形成了篩分理論。

篩分理論認(rèn)為每一粉塵顆粒都同時(shí)受到方向相反的兩種推移作用。由旋渦流場的慣性離心力使顆粒受到向外推移的作用，由于匯流場又使得顆粒受到向內(nèi)漂移的作用。離心力的大小與粉塵顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大離心力越大，因而必定有一臨界粒徑dc50，受離心力向外推移的作用正好與向內(nèi)漂移的作用相等。凡粒徑d＞dc者，向外推移作用大于向內(nèi)漂移作用，結(jié)果被推移到旋風(fēng)除塵器壁附近，粉塵濃度大到運(yùn)載介質(zhì)的極限負(fù)荷濃度時(shí)，則粉塵被分離出來。相反，凡 d＜dc的粉塵顆粒，向內(nèi)漂移的作用大于向外推移的作用而被帶到上升的強(qiáng)制渦核心部分，隨著外排氣流而排離旋風(fēng)除塵器。這一理論的研究以Lapple、 Shepherd、Staimand、Barth、Muschelknautz等代表[1,2,3]。

邊界層理論認(rèn)為在旋風(fēng)除塵器任一截面上固相顆粒的濃度分布是均勻的，但流體在近壁面處的邊界層內(nèi)是層流流動(dòng)，只要顆粒進(jìn)入邊界層內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)由旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂沙两禂U(kuò)散運(yùn)動(dòng)即視為被捕集分離，以D.Leith和W.Licht等的研究為代表[5，6]。

我國學(xué)者向曉東提出傳介質(zhì)理論。轉(zhuǎn)圈理論只考慮旋渦在靠近旋風(fēng)除塵器器壁處的離心分離作用，篩分理論則只考慮在假想篩分圓柱面上的離心分離作用，實(shí)際上，在旋風(fēng)除塵器的整個(gè)分離空間內(nèi)，旋轉(zhuǎn)氣流均有分離作用。針對(duì)這兩點(diǎn)，傳介質(zhì)理論認(rèn)為：若在分離空間內(nèi)無粒子的凝聚與生長，那么，在整個(gè)分離空間內(nèi)任取一六面微元體，單位時(shí)間內(nèi)此微元體內(nèi)粒子的總通量應(yīng)為零，即質(zhì)量和數(shù)量是守恒的。根據(jù)這一假設(shè)，推導(dǎo)旋風(fēng)除塵器的相關(guān)性能計(jì)算公式[3,7]。

Sproull于1970年采用與電除塵器類似的方法，給出了旋風(fēng)除塵器效率的分離計(jì)算公式[8]。D.Leith和W.Licht于1972 年考慮湍流擴(kuò)散對(duì)固相顆粒分離的影響，基于邊界層分析理論，把氣流中懸浮顆粒的橫向混合理論與旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的平均停留時(shí)間相結(jié)合，從理論上嚴(yán)格推導(dǎo)出了分級(jí)效率模型[6,9]。

張吉光等[10]于1991年根據(jù)旋風(fēng)器內(nèi)氣流的軸向速度分布規(guī)律確定塵粒在旋風(fēng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間分析了旋風(fēng)器內(nèi)氣流的三維速度分布規(guī)律對(duì)固相顆粒分離的影響及旋風(fēng)器各主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)的影響，并考慮筒體與錐體邊界層內(nèi)顆粒的分離效應(yīng)，建立了旋風(fēng)除塵器的分級(jí)效率數(shù)學(xué)模型。

陳建義、時(shí)銘顯等[11]于1993年在對(duì)PV型旋風(fēng)除塵器內(nèi)部流場及濃度測定的基礎(chǔ)上，考慮了顆粒間的相互碰撞、反混等對(duì)分離性能的影響，建立了旋風(fēng)除塵器分級(jí)效率的多區(qū)計(jì)算模型。

王廣軍、陳紅于[12]2001年考慮了徑向濃度梯度以及重力沉降和徑向加速過程對(duì)固相顆粒分離的影響，建立了鍋爐細(xì)粉分離分離效率的計(jì)算模型。沈恒根等[13]在假設(shè)：不考慮邊界層作用；忽略邊壁作用，塵粒到達(dá)外邊壁就被捕集；進(jìn)入旋風(fēng)除塵器前，塵粒濃度分布均勻；不考慮重力作用，提出了平衡塵粒模型。運(yùn)用渦匯升降流三維氣流分析塵粒運(yùn)動(dòng)，提出平衡塵粒分布，給出了平衡塵粒計(jì)算公式。清華大學(xué)的王連澤、彥啟森認(rèn)為：旋風(fēng)除塵器內(nèi)的流動(dòng)主要受切向速度支配，旋風(fēng)除塵器的性能，也主要與切向速度相關(guān)，同時(shí)，他們應(yīng)用粘性流體力學(xué)理論，推導(dǎo)出了旋風(fēng)除塵器內(nèi)切向速度的計(jì)算公式。

張曉玲、亢燕銘、付海明等[14]通過對(duì)旋風(fēng)除塵器內(nèi)塵粒粒子的運(yùn)動(dòng)和捕集特性的分析，討論了無量綱準(zhǔn)則數(shù)Reynolds和Stokes與粒子分離過程的關(guān)系，并在對(duì)經(jīng)典文獻(xiàn)給出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析的基礎(chǔ)上，得到了一個(gè)有影響除塵效率的主要無量綱數(shù)表示的旋風(fēng)除塵器分級(jí)效率半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式。

（2）結(jié)構(gòu)改進(jìn)

在理論繼續(xù)發(fā)展的同時(shí)，旋風(fēng)除塵器不斷有新的改進(jìn)措施提出，從而開發(fā)出許多新型高效的旋風(fēng)除塵器。國內(nèi)外研究者在旋風(fēng)除塵器整體改進(jìn)方面推出了新型旋風(fēng)除塵器其中以PV型旋風(fēng)除塵器和環(huán)流式旋風(fēng)除塵器最為矚目。PV型旋風(fēng)除塵器由石油大學(xué)、洛陽石油化工工程公司和原北京設(shè)計(jì)院聯(lián)合開發(fā),為中國石油化工集團(tuán)公司專有技術(shù),已幾乎在所有的催化裂化裝置中得到成功應(yīng)用,而且又在化工及煤炭發(fā)電等領(lǐng)域中得到推廣應(yīng)用,應(yīng)該說是很成熟的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。[15,16]新型環(huán)流式旋風(fēng)除塵器(國家發(fā)明專利產(chǎn)品,專利號(hào): ZL 92219769.5)。如圖1，環(huán)流式旋風(fēng)除塵器的外型與常規(guī)型旋風(fēng)除塵器相似,但器內(nèi)增設(shè)了強(qiáng)化分離效率的內(nèi)件。該除塵器具有壓降低、放大效應(yīng)小、分離效率高、操作穩(wěn)定性好等特點(diǎn)[17,18,19]。

研究發(fā)現(xiàn)氣流運(yùn)動(dòng)性能、顆粒性能、幾何參數(shù)、材料表面摩擦系數(shù)等對(duì)旋風(fēng)除塵器性能都有影響。因此，一些研究者針對(duì)旋風(fēng)除塵器不同部分也做了成功的改進(jìn)以提高旋風(fēng)除塵器性能。Y.Zhu[20]提出如圖1.2所示的旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu),與Stairmand型旋風(fēng)除塵器相比，最大的特點(diǎn)就是通過增加一個(gè)倒置的旋風(fēng)除塵器筒壁,從而將整個(gè)旋風(fēng)除塵器內(nèi)部空間劃分為兩個(gè)顆粒分離環(huán)形區(qū)域,同時(shí),排氣管被移到了下方,這種旋風(fēng)除塵器相當(dāng)于將兩個(gè)旋風(fēng)子合到了一起。Y.Zhu型旋風(fēng)除塵器除塵效率得到提高,壓力損失也有所降低。Plomp等[21,22]針對(duì)氣流出口提出了加裝二次分離附件，如圖1.3。二次分離附件設(shè)置在旋風(fēng)除塵器頂部，稱之為POC。沈恒根[23,24,25,26]針對(duì)旋風(fēng)器內(nèi)氣流軸不對(duì)稱問題,將其進(jìn)口由單進(jìn)口改為雙進(jìn)口，如圖 1.4。通過雙進(jìn)口旋風(fēng)器內(nèi)流場實(shí)驗(yàn)研究表明,雙進(jìn)口旋風(fēng)器比單進(jìn)口旋風(fēng)器更有利于提高除塵效率和降低設(shè)備阻力。

氣流在開始進(jìn)入旋風(fēng)除塵器時(shí)存在氣流壓縮問題，祝立萍[27]通過試驗(yàn)的方法證實(shí)在氣流入口添加弧形導(dǎo)向板可以有效地解決這一問題同時(shí)還降低壓力損失，導(dǎo)向板如圖1.5。旋風(fēng)除塵器的磨損問題在工業(yè)應(yīng)用過程中是十分普遍的問題，向曉東在內(nèi)壁添加耐磨設(shè)置環(huán)縫套圈[28,29]，可以有效地減少粉塵顆粒對(duì)旋風(fēng)除塵器的磨損提高使用壽命。王連澤等[30]人以Stairmand型旋風(fēng)除塵器為研究模型通過在旋風(fēng)除塵器內(nèi)安裝減阻桿，可以在保證分離效率的前提下降低流動(dòng)阻力。同時(shí)工業(yè)應(yīng)用表明，安裝減阻桿能提高旋風(fēng)除塵器的處理風(fēng)量，降低除塵系統(tǒng)動(dòng)力消耗，從而達(dá)到減阻、節(jié)能與增產(chǎn)的效果。此外，將高壓靜電技術(shù)和旋風(fēng)除塵器的結(jié)合技術(shù)[31,32]、添加穩(wěn)流桿等都是成功的改進(jìn)方案。

傳統(tǒng)對(duì)旋風(fēng)除塵器的研究主要通過試驗(yàn)測定及理論推導(dǎo)來分析其除塵機(jī)理。隨著，CFD技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用與旋風(fēng)除塵器的模擬分析已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，采用這一技術(shù), 可有效地對(duì)旋風(fēng)除塵器內(nèi)部流場分析研究，有利于進(jìn)一步提出更多新型高效的旋風(fēng)除塵器[33,34,35]。

1.3 旋風(fēng)除塵器存在問題

從旋風(fēng)除塵器現(xiàn)階段的研究狀況看出，旋風(fēng)除塵器的研究主要集中在兩個(gè)方向：理論上計(jì)算旋風(fēng)除塵器性能公式模型的研究；針對(duì)旋風(fēng)除塵器存在的問題提出相應(yīng)的改進(jìn)方案的研究。研究者在這兩個(gè)方面都取得了很大的成就，建立了許多計(jì)算模型同時(shí)也開發(fā)了許多新型旋風(fēng)除塵器，但是，現(xiàn)階段旋風(fēng)除塵器研究過程中仍然存在不少問題：

（1）沒有通用的數(shù)學(xué)模型

現(xiàn)有的各個(gè)公式模型的提出很大程度上都是經(jīng)驗(yàn)公式。每一個(gè)模型的提出都存在一定的假設(shè)，只是針對(duì)某一理想情況下的數(shù)學(xué)描述，這就限制了模型的使用范圍。各研究者基于不同理論，運(yùn)用不同方法，從不同角度闡述了各自理論，或者在前人的研究上進(jìn)行改進(jìn)，使模型更趨于合理化。盡管各模型在描述旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣固分離狀況都有一定的準(zhǔn)確性，但是能描述結(jié)構(gòu)相類似的旋風(fēng)除塵器性能的數(shù)學(xué)模型并沒有，因此，有必要進(jìn)一步分析旋風(fēng)除塵器的分離機(jī)理綜合考慮提出實(shí)用性更廣的性能計(jì)算模型。

（2）忽略了粉塵顆粒性能影響   

在旋風(fēng)除塵器內(nèi)粉塵顆粒隨氣流做不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過程中粉塵顆粒間會(huì)相互碰撞、凝聚從而改變顆粒原來的粒徑和分散度。這兩個(gè)參數(shù)對(duì)旋風(fēng)除塵器性能的評(píng)價(jià)有重要影響。在旋風(fēng)除塵器內(nèi)，高速旋轉(zhuǎn)的粉塵顆粒相互之間一定存在碰撞，這種碰撞使得粉塵可能碎為小顆粒也可以凝聚為大顆粒，這就該變了粉塵原來的粒徑分布情況。此外，含塵氣流在進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的一段時(shí)間內(nèi)，氣流是處于壓縮狀態(tài)單位體積內(nèi)的粉塵濃度增大，而隨著氣流空間的增大和粉塵顆粒的分離，粉塵在單位體積內(nèi)的粉塵濃度必將減少，而在實(shí)際應(yīng)用過程中，溫度也會(huì)影響含塵濃度。但各研究者在建立模型時(shí)都對(duì)粉塵粒徑和分散度即含塵濃度做相對(duì)的簡化分析，認(rèn)為是一常數(shù)，這顯然與實(shí)際情況不相符合。

（3）局部問題的解決   

在實(shí)際使用過程中，一般旋風(fēng)除塵器存在一些不可避免的問題如：上灰環(huán)、局部氣流的壓縮、除塵器的短路流、不同部位的二次揚(yáng)塵、氣流間的相互摩擦干擾、粉塵堆積等，這些問題都會(huì)對(duì)旋風(fēng)除塵器性能產(chǎn)生不可忽視的影響�，F(xiàn)有改進(jìn)措施已經(jīng)比較好的解決了一些問題，但仍存在一些問題如：錐體部分局部渦流所產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵、排氣管內(nèi)壓力損失及本文新提出的軸向逸流問題等。旋風(fēng)除塵器內(nèi)是高速旋轉(zhuǎn)的氣流，微小的結(jié)構(gòu)及尺寸的改變都會(huì)對(duì)氣流的運(yùn)動(dòng)狀況產(chǎn)生不可忽視的影響。氣流的運(yùn)動(dòng)情況直接關(guān)系到粉塵顆粒的分離情況，進(jìn)而影響旋風(fēng)除塵器的性能。因此，針對(duì)存在問題有必要設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)、確定更為合理的結(jié)構(gòu)尺寸改善氣流運(yùn)動(dòng)情況從而實(shí)現(xiàn)較好的顆粒運(yùn)動(dòng)分離路徑，提高旋風(fēng)除塵器的除塵效率。

1.4 本文觀點(diǎn)

在傳統(tǒng)型旋風(fēng)除塵器不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)要求的前提下，研制新型高效的旋風(fēng)除塵器受到工程界的日益重視。因此，如何在提高旋風(fēng)除塵器分離效率的基礎(chǔ)上，最大限度地降低壓力損失，一直是人們關(guān)注和研究的重點(diǎn)。

本文在分析氣流在旋風(fēng)除塵器中的流場分布及流程狀況的基礎(chǔ)上，提出勻流程的指導(dǎo)思想并對(duì)旋風(fēng)除塵器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以改變旋風(fēng)除塵器中流場的分布狀態(tài)和均勻化流體流程的目的。在結(jié)構(gòu)上采取在旋風(fēng)除塵器內(nèi)添加倒圓錐和導(dǎo)向葉片，同時(shí)延長旋風(fēng)除塵器的排氣管長度減少圓錐部分的長度可以有效地抑制旋風(fēng)除塵器軸向逸流、底部的二次揚(yáng)塵及排氣管內(nèi)氣旋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而提高除塵效率和降低壓力損失。

2 主要任務(wù)和研究意義

2.1 主要任務(wù)

（1）總結(jié)分析旋風(fēng)除塵器已有的研究成果，指出旋風(fēng)除塵器現(xiàn)階段存在的問題，同時(shí)提出旋風(fēng)除塵器的發(fā)展方向。

（2）針對(duì)旋風(fēng)除塵器存在的底部二次揚(yáng)塵、軸向逸流、排氣管內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)三個(gè)主要問題做研究分析，同時(shí)，使用Fluent軟件對(duì)旋風(fēng)除塵器的內(nèi)部流場進(jìn)行模擬，通過觀測內(nèi)部流場了解旋風(fēng)除塵器整體、底部、排氣管內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為新分析思路和改進(jìn)方案的提出做準(zhǔn)備。

（3）提出新的改進(jìn)分析思路——勻流程思想，對(duì)這一新思想作一詳細(xì)的相關(guān)分析。在這一思想的指導(dǎo)下針對(duì)三個(gè)主要問題規(guī)劃出具體的改進(jìn)措施，改進(jìn)型旋風(fēng)除塵器的名稱為RC型高效旋風(fēng)除塵器。

（4）設(shè)計(jì)制造RC型旋風(fēng)除塵器和Stairmand型旋風(fēng)除塵器。應(yīng)用FLUENT軟件進(jìn)行對(duì)比數(shù)值模擬，驗(yàn)證改進(jìn)方案的正確性。此外，提出對(duì)比試驗(yàn)的流程方案，設(shè)計(jì)組裝一套試驗(yàn)設(shè)備,盡可能通過試驗(yàn)來驗(yàn)證改進(jìn)方案的可行性。

2.2 研究意義

（1）本文所提出的勻流程思想是一全新的旋風(fēng)除塵器除塵機(jī)理分析思路，這一思路的提出為旋風(fēng)除塵器機(jī)理分析理論的發(fā)展開辟了新的思維方向。

（2）在勻流程思想指導(dǎo)下設(shè)計(jì)制造的RC型旋風(fēng)除塵器（專利產(chǎn)品）在保持旋風(fēng)除塵器原有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，進(jìn)一步挖掘了旋風(fēng)除塵器的潛能。

（3）旋風(fēng)除塵器在工業(yè)上的應(yīng)用是非常廣泛的。由于旋風(fēng)除塵器的性能、尤其是除塵效率不能跟上現(xiàn)實(shí)的要求，一些工礦企業(yè)為了達(dá)到廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)而不得不使用價(jià)格昂貴的袋式除塵器或其它除塵器，因此，最大限度地提高旋風(fēng)除塵器的性能可以有效地降低工礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。

本章在分析對(duì)比各種工業(yè)用除塵器各性能參數(shù)的基礎(chǔ)上，明確指出旋風(fēng)除塵器在工業(yè)上應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)及所處的位置。此外，本章對(duì)旋風(fēng)除塵器目前研究現(xiàn)狀作了總結(jié)分析，并且指出存在的主要問題，同時(shí)，提出本課題的研究內(nèi)容、主要任務(wù)和研究意義。

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