摘要：指出了属于气固两相流的自由下落散料流在降落点常产生大量粉尘，虽然高能耗通风除尘系统采用高扬程风机抽吸含尘空气，但依然有大量粉尘向周围散射，污染工作环境。研究设想在散料流与下部接收装置上安装可调倾斜角度抑尘导流板，人为控制由于散料流与接收设备发生碰撞所产生大量粉尘的散射方向，提高通风除尘系统吸尘口对吸收散射粉尘的效率，达到节能减排目的。通过数值模拟方法，采用计算流体软件模拟粉尘的运动轨迹及速度场，探索了物理参数和环境参数对除尘效果的影响，进而得到了导流板除尘的最优方案。
关键词：抑尘导流板；通风；除尘；气固两相流
1引言
在工矿企业生产中，粉料的输送、转运、溜糟以及由输送装置向其他设备加料的过程中，都有粉尘飞扬现象。在散料的输运过程中，常常可以见到微粒流在环境空气中作自由下落运动，如散料流从某一高度自由下落到下方的容器中或传送带上（图1）。散料流的研究属于气固两相流的研究范畴，散料流做自由下落运动时，对周围环境空气具有卷吸作用，使得散料流形成微粒羽流[1]。当散料落到地面或下方的接受装置时，散料本身会受到强烈的碰撞，同时微粒羽流中的卷吸空气需要释放，因此产生大量散射粉尘向四周逃逾，从而造成工作场所粉尘飞扬，导致环境空气品质恶化。要防止这种现象的发生，一是尽量降低落料差，二是在粉料下落过程中增设缓冲装置，减缓其下落速度。但是在实际生产中，受条件的限制可能不会允许降低落料的高度，而过大地减缓下落速度会影响生产过程的效率。所以为了解决以上问题，本研究提出在颗粒物料的冲击区设置一个可自由调整倾斜角度的导流板，使得飞扬的微粒粉尘能被控制飞向通风除尘系统的排风口，使散料下落后的方向与传送带的方向保持一致，这样不仅可以减少粉尘的产生量，还能使传送带达到节能的目的，提高除尘效率，减少散射粉尘对工作区域环境空气的污染。本文以黄沙散料流为研究对象，在其自由下落工况下，设置导流斜板，探索导流板的弧度及倾斜角度等参数变化对散射粉尘的影响规律，通过数值模拟方法，优化导流板的倾斜角度以及弯曲弧度，为散料输送过程中的通风除尘系统设计提供技术支持。
2数值模拟
本文采用ANSYS CFX软件对研究对象进行数值模拟。基于散料流的运动特性，在进行自由下落散料流数值模拟之前，需要对自由下落散料的理论模型做几点假设：
（1）气固两相流为连续相，不可压缩；
（2）散料密度（ρ=2.602kg/m3）远大于气体密度（ρ=1204kg/m3）；
（3）计算虚拟空气空间远大于自由下落散料流流场[2]；
（4）微粒的形状为球形；
（5）假设微粒相的体积在两相流中分数小于10%，忽略不计微粒间的相互碰撞[3]。
在气固两相流的数值模拟中，环境空气中自由下落微粒流的动态特征位于低雷诺数区域，使用二维方程RNGk-ε模型进行数值计算，根据上述的假设，该模型对自由下落微粒流中的微粒和被卷吸的环境空气速度与压强进行耦合计算，并通过ANSYS CFX软件，对微粒流的动态特征进行跟踪模拟。
3数值模拟计算参数设定
3.1数值模拟模型的建立
在数值模拟过程中，建立一个虚拟的空气空间，空间内部设定常温（25℃）环境空气，自由下落散料流有专门的入口，以一定的质量流量穿过空气空间。几何模型示意如图2所示。空气空间具体尺寸设定为2500mm×2000mm×2000mm，散料流初始下落口径设定为50mm。
3.2模拟边界条件的确定
计算区域选择Fluid domain（流体域），下落散料选择黄沙，黄沙的粒径为0.8532mm，空气为Air Ideal Gas（理想空气）。散料流入口为Inlet（入口边界条件），初始的质量流量为10g/s，计算区域为Opening（开放式边界条件），相对压力为0Pa，导流板为Wall（壁面边界条件）。
本文针对导流板的不同倾斜角度与不同弧度进行模拟，不同工况的模拟详细参数见表1。
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