气固两相流绕流螺旋翅片管的实验研究

　　气固两相流绕流各种柱体是两相流体力学研究的重要内容,长期以来一直受到众多研究者的广泛关注,大部分研究集中在绕流圆柱和方柱等简单柱体上[1,2],主要是利用各种测量技术对两相流进行实验研究,比如利用激光多普勒测速仪(LDV[3])、激光成像测速仪(PIV[4])以及相位多普勒激光测速仪(PDPA[1]).也有人做了一些数值计算方面的研究,如文献[5]曾对用于惯性分离的鳍片管进行了实验和数值计算.

　　由于两相流绕流螺旋翅片管流场的不规则性,颗粒在流场中的分布很不均匀,使得其研究非常困难.目前,还没有人对气固两相流绕流螺旋翅片管进行过实验或者数值模拟的研究.本文基于三维粒子动态分析仪(PDA)测量技术,对方形流道内气固两相流体流过螺旋翅片管的流场进行研究,从翅片间的气固两相气流流动特性入手,分析固相灰粒密度场和速度场特性,以找到降低磨损和积灰的原因.

　　1　实验流程、测量仪器及方法

　　1.1　实验段及装置

　　实验所用的装置是根据相似理论模拟电厂锅炉尾部烟道设计制造的.模拟流动过程和实际换热器中的过程相似,即流动相似和动力相似.实验流程图如图1所示.

　　本实验是一个冷态实验,整个实验是在一个半循环式的小型风洞中进行的,空气流通过引风机从进风口引入,加入给料斗的固体颗粒物料通过给料装置均匀地进入到实验系统中,在进入实验段之前先进入直径为120 mm的文丘里段,使气流和颗粒混合均匀,并使其速度接近气流速度,在风的携带下自下而上流过实验段以及悬挂在实验段中的螺旋翅片管,然后经过旋风分离器使空气和物料分离,物料通过回料装置排出循环使用,风从出风口排出.

　　实验段是220 mm×220 mm的方形通道,长度为2 380 mm.在实验段内横向布置一个基管外径为89 mm、翅片高度为20 mm、翅片间距为12 mm的翅片管,如图2所示.实验段三个面为玻璃平面,镶嵌在钢板上,另一面为钢板结构,这种结构可以保证测量激光束的投射和接收.玻璃用玻璃胶紧密地粘在钢板上,能够尽量减少实验段的漏风.图2中xyz坐标就是实验数据分析时所确定的坐标.

　　1.2　PDA测试系统

　　测试系统采用Dantec公司生产的3OD多普勒PDA,同时测量粒子的三维速度分量、粒径大小和粒子密度.PDA具有很高的精度和空间分辨率,并且无需标定,是一种非接触式的绝对测量技术.三维PDA系统对密度不能直接测量,而是在测得颗粒速度和粒径后通过计算求得[6].该系统的技术指标见表1.

　　实验中采用的粒子为玻璃飘珠,粒径为50#(105~53μm),球形度为80%,折射率为1·5,密度为2 300 kg/m3.