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

彎頭段顆粒的運動規(guī)律對研究整個管道內(nèi)顆粒的輸送和凈化有著關鍵性的作用，運用氣固兩相流動理論中的歐拉-拉格朗日離散相模型和湍流模型，采用計算流體力學的FLUENT軟件，對通風管道圓形彎頭段粉塵運移規(guī)律進行數(shù)值模擬。分析和討論不同送風速度以及不同粒徑下塵粒在彎頭內(nèi)的運動規(guī)律，其結果對工程實踐能起到一定的指導作用。

隨著對節(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，滋生大量細菌和微生物，隨著空調(diào)系統(tǒng)的運行隨氣流進入室內(nèi)，造成嚴重的室內(nèi)空氣污染。

目前，已有文獻討論了管道中顆粒物的輸運特性，主要集中于理想化的長直管道。但是，根據(jù)動力學基本原理，發(fā)生在類似于彎頭段的管道局部構件處的沉積比在直管道中要大很多。根據(jù)通風管道的相關標準規(guī)范和工程中常用圓形風管的尺寸，本文對橫截面尺寸為200mm的圓形彎頭內(nèi)，不同送風速度下，粒子直徑為1到100μm，湍流擴散的情形下，粒子運動軌跡進行模擬追蹤。

1、氣固兩相流數(shù)學模型

通風管道內(nèi)氣粒流動過程是典型的湍流氣固兩相流動。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，該方法是把流體當作連續(xù)介質(zhì)，流場采用歐拉方程進行計算，而將占據(jù)很低的體積系數(shù)的顆粒作為離散相處理。此方法可以對大量不同粒徑大小的顆粒在流場中的運動進行跟蹤，甚至可以模擬出顆粒與墻壁的彈性碰撞，對復雜的幾何流場適應性特別強。由于本文模擬對象中顆粒直徑較小，濃度較低，顆粒對氣體流場的影響不大，本文采用拉格朗日離散模型，在計算中忽略顆粒與顆粒之間的作用以及顆粒對氣相流場的影響，而只考慮氣相流場對顆粒的作用[4]。

1.1 氣相湍流模型

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

根據(jù)通風管道的相關標準規(guī)范和工程中常用圓形風管的尺寸，選取直徑為200mm，彎曲比為2的圓形風管，為保證彎頭內(nèi)氣流湍流運動的穩(wěn)定性，在彎頭進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)定的非定常流動狀態(tài)，時間步長(Time Step Size)取特征長度除以特征速度所得的時間小兩個數(shù)量級的1/10(0.0005s)，時間步數(shù)(Number of Time Steps)為3個流動循環(huán)周期所需要步數(shù)(3000步)。