【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于粉尘分离，涉及一种基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法。
技术介绍
1、虚拟冲击分离器是一种常见的颗粒物连续分离装置，广泛应用于化工、制药、食品加工、大气颗粒物检测、矿山呼吸性粉尘分离检测等领域。虚拟冲击分离器通过高速气流将含尘气流中的颗粒与气体按照一定比例分离，从而实现颗粒的分级和收集。然而，颗粒在流道内的沉积问题一直是影响分离效率和设备运行稳定性的关键因素。维护过于频繁会使得虚拟冲击分离器的连续分离的优势丧失，维护周期过长会存在颗粒沉积，会导致流道特征结构尺寸变化，从而影响分离效率，严重时可造成流道堵塞、甚至设备损坏。传统的颗粒沉积预测方法主要有依赖于实验观测或经验判断，人工定期拆解虚拟冲击分离器结构组件，观察流道内颗粒污染沉积情况，然后根据经验确定是否进行流道清理维护。这些方法存在如下不足：
2、1)虚拟冲击分离器的作业工况多变，待分离的含尘气流浓度、气流湿度等因素的变化会给虚拟冲击分离器的流道污染和颗粒沉积情况带来不确定性，传统经验难以准确确定维护时间；
3、2)虚拟冲击分离器在拆解维护过程中，分离器必须停止运行，不准确的维护时间不利于虚拟冲击分离器连续分离优势的发挥；
4、3)人工定期拆解造成劳动强度较大，反复拆解可能造成虚拟冲击分离器分离效率出现偏移甚至损坏。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，根据分离器的工况条件，简单、方便地预测其
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，包括以下步骤：
4、s1：收集虚拟冲击分离器用于粉尘连续分离的作业参数；
5、s2：根据颗粒的物理特性和虚拟冲击分离器的流道特征，建立颗粒在流道内运动和沉积的pbe方程；
6、s3：计算颗粒在虚拟冲击分离器流道内的沉积速率；
7、s4：求解所述pbe方程，计算虚拟冲击分离器流道内的颗粒沉积量；
8、s5：将计算出的颗粒沉积量与虚拟冲击分离器的最大容许沉积量进行比较，得出清理维护周期。
9、进一步，所述步骤s1中所述作业参数包括流道特征参数、颗粒物特征参数和气流特征参数；
10、所述流道特征参数为虚拟冲击分离器的几何结构参数，包括特征直径d、特征长度l；
11、所述颗粒物特征参数包括颗粒物浓度c、密度ρp；
12、所述气流特征参数包括虚拟冲击分离器的工作点流量q、环境湿度rh。
13、进一步，所述步骤s2具体包括以下步骤：
14、s21：定义颗粒的直径d，定义颗粒的数密度函数n(d,t,y)，其中t为时间，y为沿流道的位置，通过公式(1)计算虚拟冲击分离器内部的流速u(t,y)：
15、
16、式中q(t,y)为t时间虚拟冲击器分离器y位置的流量，该值等于虚拟冲击器分离器的工作点流量；
17、s22：考虑颗粒的生成、输运、破碎和沉积，建立pbe方程：
18、
19、式中n(d,t,y)是直径为d的颗粒在位置y和时间t的数密度；表示虚拟冲击分离器因时间变化导致的颗粒数密度变化；u(t,y)是流体速度；表示虚拟冲击分离器因流体流动导致的颗粒沿流道的输送；kd(d,d,u)是因颗粒惯性效应、扩散效应导致的颗粒沉积速率；
20、假设颗粒为球形，其数密度
21、
22、式中c为粉尘的质量浓度；ρp为颗粒密度；d为颗粒直径。
23、进一步，所述步骤s3具体包括以下步骤：
24、s31：计算湿度影响的沉积速率调整因子fh：
25、fh＝1+α×rh (4)
26、式中α为湿度每增加1％时沉积速率的变化系数；rh为当前湿度测试值；
27、s32：建立沉积速率计算函数kd(d,d,u,rh)
28、
29、式中kd(d,d,u,rh)为颗粒的沉积速率；d为颗粒直径；d为流道直径；u为流体的流速；rh为相对湿度；μ为空气的动力粘度；ρ为颗粒密度。
30、进一步，所述步骤s4具体包括以下步骤：
31、s41：创建颗粒粒径、流道尺寸网格，初始化颗粒数密度矩阵和沉积量矩阵；
32、s42：使用有限差分法对时间和空间导数进行离散化，使用向前差分表示时间导数，使用向后差分或中心差分表示空间导数，得到离散化的pbe方程；
33、s43：从初始条件开始，逐步迭代时间步长，更新颗粒数密度n(d,t,y)，同时获取并更新环境粉尘浓度c、环境湿度rh实时值，在每个时间步长，根据离散化的pbe方程计算新的时间步的颗粒数密度；
34、s44：对数密度n(d,t,y)沿流道长度积分，计算出颗粒在流道壁面上的沉积量dt。
35、进一步，所述步骤s5中，最大容许沉积量da根据测试获得，当虚拟冲击分离器的结构尺寸与工作点流量一定时，该值为定值；当dt≥da时，则认为该虚拟冲击分离器分离性能偏离最大容许误差，需清理维护。
36、本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过数值计算方法实现虚拟冲击分离器流道内颗粒在不同时间周期内的沉积量计算。从而确定清理维护周期，相比传统经验方法，提高了预测的准确性和便捷性。本专利技术预测期间不影响虚拟冲击分离器的正常运行，相比人工拆卸检查省时省力，充分发挥虚拟冲击分离器用于颗粒连续分离的优势，同时减少因频繁拆卸导致分离器损坏的概率。该预测方法可根据颗粒浓度、环境湿度两个影响虚拟冲击分离器流道内颗粒沉积的重要因素实现沉积量动态预测。
37、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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1.一种基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，其特征在于：所述步骤S1中所述作业参数包括流道特征参数、颗粒物特征参数和气流特征参数；
3.根据权利要求1所述的基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，其特征在于：所述步骤S5中，最大容许沉积量Da根据测试获得，当虚拟冲击分离器的结构尺寸与工作点流量一定时，该值为定值；当Dt≥Da时，则认为该虚拟冲击分离器分离性能偏离最大容许误差，需清理维护。
【技术特征摘要】
1.一种基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，其特征在于：所述步骤s1中所述作业参数包括流道特征参数、颗粒物特征参数和气流特征参数；
3.根据权利要求1所述的基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉积预测方法，其特征在于：所述步骤s2具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于数值分析的虚拟冲击分离器流道内粉尘沉...
【专利技术属性】
技术研发人员：惠立锋，刘国庆，焦敏，邓勤，张强，李彦筑，王迪，颜鸽来，邓仕靓，陈颖兴，胡夫，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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