1、文丘里管出口截面積對粉末流速的影響楊海波，黃民，高宏（北京信息科技大學，北京100192）摘要：簡單介紹了文丘里管的結構原理，做設丈丘里管吸入口吸入的物質為粉末（如玻璃微球、木粉等），對不同詁構尺寸出口截面積的文丘里管做有限元流體力學數值模擬，分析在不同出口截面積對吸入粉末的流速的影響，敢后用實驗對模擬結果進一步齡證。通過對實瞼數據和數值模擬分析的比較發現吸入粉末的流速隨著由口截而枳的增大而提高，當出口截面積增大到一定尺寸時粉末的流速不再增大反而略撮有所下降。關鍵詞：文丘里管；姑構原理；數值分析中圖分類號:TH81文獻標識碼:A文章編號：1672-545X（2013）01-0007-03隨著現

2、代工業的迅速發展，文丘里管因其具有體積小，真空度高，產生真空快等優點，在化工、汽車、機械制造等行業中得到廣泛地應用。文丘里管利用高壓空氣流從小孔吹出的方式而產生吸附力并使被吸入物質被氣源輸送出去，該裝置采用空氣動力學原理，結構簡單易操作。1文丘里管工作原理當氣體在文丘里管里面流動，在管道的最窄處,氣體的速度因為橫截面積變化的關系而上升。整個氣流都要在同一時間經歷管道縮小過程，因而產生較大的壓差，這個壓差用于給粉體提供一個外在吸附力，外在的吸附力隨著這個壓差的變化而變化。文丘里管的結構示意圖如圖1所示。處口圖1文丘里管結構示意圖壓縮空氣從文丘里管的入口（空氣入口）進入,通過截面很小的喉部以2處）

3、。隨著截面減小,壓縮空氣的壓強增大，流速也隨之變大。這時就在吸入口內產生一個真空度,致使粉末被吸入文丘里管內，隨著壓縮空氣一起流進擴散腔內U2段）增加氣體的流速，之后通過出口排出。圖2中al和“2分別為文丘里管的前后傾角，管直徑為dl,喉部直徑為d2,空氣進口長度為，平直段長度為擴展段長度為£2,出口直徑為d3。文丘里管的工作原理可以用伯努利方程和連續方程來表達：伯努利方程：七+常數（1）2gy連續方程：V-A=常數（2）式中，V為流體流速,m/s;g為重力加速度,m/s2;P為流體壓力，Pa;y為流體比重,M/n3;Z為流體勢能,m;A為過流截面,nA,文丘里管的流量特征可用下式表

4、示：式中，0為注入文丘里管的液體;Q2為文丘里管流出流量,m/s;H為文丘里管前后壓差,m;M為文丘里管前后壓力損失,Pa;K2為與H相對應的總阻力綜合參數；Pi為并聯文丘里管的入口壓力，Pa;P2為并聯文丘里管的出口壓力，Pao支管兩端的壓力損失AH可用下式表達：蘇（4）收稿日期:2012-10-16作者簡介:楊海波（1983-）,男，江蘇淮安人，碩士，研究方向為:多相耦合噴涂設備的技術研究與開發。(2)、(3)、(4)可以推出:魴號=釧唁)卦"其中(5)式中，d為噴管各處的直徑,m。又由式(2).(3)可以推出：七=42七=4(6)式中，V2為通過文丘里管導出的液體流速,m/s;

5、匕為通過文丘里管喉部的流速,m/s。在文丘里管的喉部應用伯努利方程(1)得:紅+白-|AZi2=白如+&+務y2gy2g式中，R為文丘里管的喉部壓力，pa;知為文丘里管逐步縮小的壓力損失,m;d為壓力表(1)與文丘里管前端之間的壓力損(8)失,m。由(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、可以推出P3與P、R、0以及文丘里管結構性能參數(/GE、C、擊、后)之間的函數關系式：P3=+虹(0-oJy+P,(9)式中，C,為與A/n相對應的前傾角阻力系數；C為與也曰相對的阻力系數。根據以上推導，理論上可得出如下結論：(1) 文丘里管喉部壓力n與前后壓力差AP成線性關系，即與(。2-0尸成線

6、性關系；(2) 文丘里管喉部壓力R與流量:平方成線性關系。2數值模擬2.1采用模型-湍流模型本文采用k_8標準的模型，湍流粘度U,=pC.歐。對不可壓縮流體/和£的方程分別定義為：8+(普嘿)借嗤)以上常數分別為:G=1.44,C”=1.9,Ctt=0.09,ak=l.O.a,=1.32.2基本假設數值模擬所使用的文丘里管結構如圖1所示，本文對基于該結構文丘里管中的流場進行模擬，入口空氣壓力為0.4MPa,吸入口吸入物體為粉末(玻璃微球)并且假設流場為穩定的無溫差存在的流場;在測髭段入口處，氣固兩相流動已是充分發展的湍流,入口處顆粒的徑向速度為零，且顆粒在氣體中均勻分布;顆粒為大小均

7、勻,具有同一直徑d的球體，不考慮形狀帶來的影響。邊界條件的設定如下：(1) 入口條件軸向速度：Uk、o=Upfi=26m/s徑向速度：K、o=Vpa=0m/s氣相的湍能：*o=0.005s0湍能耗散率：%=。0.7火“0/0.。14(2) 出口條件氣相:薯=03=u,v,k,6)dx顆粒相：毀-=0(S=(/p,*,Kp,8p)dx2.3模擬結果使用基于有限元流體力學軟件FLUENT進行模擬計算。采用不同出口直徑03)如表1進行數值模擬分析。由于軸對稱性，只需要選取文丘里管軸向截面的一半作為研究對象。計算采用的網格為非結構化網格。數值模擬得到的文丘里管粉末速度流場的示意圖，如圖2所示。在出口壓

8、力一定的情況下，對不同出口直徑的文丘里管機構分別做數值模擬分析。式中，££為支管各處(包括文丘管)的總阻力系數；v為通過支管各處的流S,m/So導出總阻力綜合參數K2及流速1，2、右，由式從圖2中可以看出.隨著出口截面積的增大，粉末的流速在增大，也就是說文丘里管的吸附力在增大。當出口截面積增大到一定時，粉末的流速就不會增加反而會略有減小。從圖2可以得到不同出口截面積和粉末流速的曲線圖(圖3)。從圖2中可以看出.隨著出口截面積的增大，粉末的流速在增大，也就是說文丘里管的吸附力在增大。當出口截面積增大到一定時，粉末的流速就不會增加反而會略有減小。從圖2可以得到不同出口截面積和粉

9、末流速的曲線圖(圖3)。結構尺寸rf2(mm)Ll(mm)£2(min)al(°)a2(°)1204430701815220463070181532049307018IS4204123070181552041430701815表1不同出口結構尺寸圖2數值模擬文丘里管粉末速度流場的示意圖裝備制造技術2013年第1期新測雖重域的方法得到粉體的流速，在入口氣壓和出口截面積一定的情況下，測最出單位時間內流出粉末的重量，從而推算出粉末流速的大小，圖4是實驗得到的出口直徑與粉末流速的關系曲線。4結束語通過對文丘里管內的不同出口截面積粉末流速的數值模擬和實驗研究,可以得出以下結

10、論：(1) 在入口壓力一定時,粉末流速隨著出口截面積的增大而增大，當出口大于12mm時粉末流速會略微有所下降；(2) 由圖3、4可以看出數值模擬和實際實驗結果基本一致，同時也可以看出在出口直徑12mm時,粉末流速與直徑基本是線性關系；(3) 在直徑6mm時，由于實際上顆粒不是球形，粒徑不均勻，表面粗糙，相互之間存在碰撞，所以粉體流速變化比較大。1012141668圖3數值模擬粉末流速的曲線圖d(mm)圖4實驗得到粉末流速曲線圖3實驗分析在實際實驗中，采用不同的出口結構，如表1所示，入口氣體速度u=26m/s,入口氣壓為0.4MPa,顆粒的密度為1350kg/m',平均粒徑為90umo試

11、驗參考文獻：1張也影.流體力學M.北京:高等教育出版社，1992.王文琪，侯明，于榮憲.用長頸文丘利管測量氣固兩相流扯J.東南大學學報,1989,19(5)：82-87.岑可法，樊建人.工程氣固多相流的理論及計算(MJ.杭州:浙江大學出版社,1990.4王福軍.計算流體動力學分析YFD軟件原理與應用M.北京:清華大學出版社,2004.5胡仁喜.ANSYS13.0/FLOTRAN流場分析MJ.北京:機械工業出版社,2011.6童來綱，孔祥言，等.氣體動力學M.北京:高等教育出版社,1990.7周力行.湍流氣粒兩相流動和燃燒的理論與數值模擬M.北京:科學出版社,1994.8蓋國勝.粉體工程M.北京

12、:清華大學出版社,2009.VenturiTubeExportSectionAreaoftheInfluenceofthePowderFlowRateYANGHai-bo,HUANGMin,GAOHong(Beijinguniversityofscienceandtechnologyinformation,beijing100192,China)Abstract:Thispaperbrieflyintroducedtheventuritubestructureprinciple,assumingventuritubeinletsuctionmaterialforpowder(suchasgla

13、ssmicrospheres,woodpowder,etc.),Onthedifferentstructuresizeexportsectionalareaoftheventuritubedofiniteelementnumericalsimulationoffluidmechanics,Analysisindifferentoutletcrosssectionareaofflowvelocityofsuctionpowder,theinfluenceoftheexperimentalsimulationresultsfurtherverification.Basedonthedataoftheexperimentsandthenumericalsimulationanalysiscomparisonsuctionpowderflowal