多孔板對(duì)吸塵器內(nèi)氣流均勻起著重要作用，目前已經(jīng)研究了多孔板的阻力特性。但是，大部分研究集中在低開(kāi)孔率、少孔數(shù)的多孔板上，對(duì)于電動(dòng)吸塵器內(nèi)使用的中高開(kāi)孔率、多孔數(shù)的多孔板阻力特性的研究很少。本文對(duì)開(kāi)孔率0.3≤0.68、開(kāi)孔數(shù)116≤1567、相對(duì)厚度0.21≤0.5的多孔板進(jìn)行了阻力特性研究，旨在得出多孔板的幾何參數(shù)和管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)對(duì)阻力系數(shù)的影響。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，阻力系數(shù)隨開(kāi)孔率、雷諾數(shù)、相對(duì)厚度的增大而下降，開(kāi)孔率的影響最顯著，相對(duì)厚度下降，雷諾數(shù)的影響最小。文中還提出了估計(jì)此類(lèi)型多孔板阻力系數(shù)的表達(dá)式,為今后科學(xué)研究及實(shí)際應(yīng)用提供了重要參考價(jià)值。

2012年開(kāi)始執(zhí)行的GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，煙塵排放濃度應(yīng)不超過(guò)30mg/m3(重點(diǎn)地區(qū)不超過(guò)20mg/m3)。電動(dòng)吸塵器具有效率高、適用性強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)外燃煤發(fā)電廠管理煙氣的最佳設(shè)備。

美國(guó)約80%脫粒方式采用電動(dòng)吸塵器，歐盟的數(shù)值約占85%，日本燃煤發(fā)電廠的比例更高[1-2]。目前，我國(guó)90%以上的燃煤電站使用靜電吸塵器[3]。因此，面對(duì)日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)需求，電動(dòng)吸塵器在減少煙塵排放、去除顆粒物方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[4]。

影響電動(dòng)吸塵器的許多因素中，電場(chǎng)內(nèi)部氣流分布是極其重要的影響因素之一。電動(dòng)吸塵器內(nèi)部的氣流分布一般由多孔板(氣流分布板)和導(dǎo)流板調(diào)整。為了達(dá)到更好的氣流均勻性，增加多孔板的阻力是一種簡(jiǎn)單的方法。但是，由于電動(dòng)吸塵器的阻力有嚴(yán)格的限制，研究多孔板的阻力特性很重要。

由于多孔板的應(yīng)用非常廣泛，水污染處理、冷凍加熱裝置、氣流均布等應(yīng)用[5-7]，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)多孔板感興趣。國(guó)內(nèi)對(duì)多孔板的研究比較少，主要集中在節(jié)流和空化特性上。趙天怡等人[8]以水為介質(zhì)，對(duì)厚度為2mm，開(kāi)孔率范圍為0.04~0.16的多孔板進(jìn)行了節(jié)流特性效果因素試驗(yàn)，結(jié)果表明等效直徑比是影響多孔板節(jié)流特性的主要效果因素。

韓偉等人[9]探討開(kāi)孔數(shù)范圍為16~49，開(kāi)孔率范圍為0.07~0.2，不同開(kāi)孔形狀、不同布局方式的多開(kāi)孔板下游壓力變化情況。西安等[10]利用顆粒圖像測(cè)速法和熱線風(fēng)速計(jì)測(cè)量了多孔板下游的流動(dòng)狀況。Gan等人[11]也做了類(lèi)似的工作。Tullis[12]研究了多孔板的壓降和下游壓力曲線。Erdal[13]利用數(shù)值模擬研究了多孔板的開(kāi)孔率、孔的配置方式、孔的數(shù)量徑等參數(shù)對(duì)流動(dòng)狀況的影響。Malavasi等人[14-16]，Macchi[17]

以及Ozahi[18]均對(duì)影響多孔板阻力的幾個(gè)重要幾何參數(shù)及流動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了研究。其中，Malavasi等人[16]采用開(kāi)孔數(shù)3~52，相對(duì)厚度為0.2~1.44，開(kāi)孔率范圍為0.04~0.52的多孔板進(jìn)行阻力特性研究。

Ozahi[18]針對(duì)沖孔數(shù)5~26、沖孔率0.064~0.331的多孔板，在中等雷諾數(shù)2500~9500范圍內(nèi)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，總結(jié)了阻力系數(shù)與沖孔率之間的經(jīng)驗(yàn)公式。Zhao等人[19]試驗(yàn)時(shí)流動(dòng)介質(zhì)采用水，對(duì)2mm厚、開(kāi)孔數(shù)3~13、開(kāi)孔率0.04至0.2范圍內(nèi)的多孔板進(jìn)行了節(jié)流特性試驗(yàn)，并提出了預(yù)降的經(jīng)驗(yàn)公式。

Holt等[20]研究了孔板節(jié)流和空化效率，介紹了在無(wú)空化現(xiàn)象下推測(cè)壓降的方法�；�于許多研究人員研究多孔板的阻力特性集中在低孔率、低孔數(shù)范圍內(nèi)，本文研究了中高范圍孔率、多孔數(shù)的阻力特性，包括雷諾數(shù)、孔板孔率、孔板相對(duì)厚度對(duì)阻力特性的影響。

連續(xù)方程

表2變流速試驗(yàn)工況

為研究相對(duì)厚度對(duì)阻力系數(shù)的影響，選用開(kāi)孔率為0.5，厚度為2.5mm，孔徑分別為5、8、12、16mm的多孔板(板5、10、11、12)試驗(yàn)。4塊多孔板的相對(duì)厚度t/d分別為0.5、0.31、0.21、0.16。

多孔板的阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)減少穩(wěn)定后開(kāi)始下降是因?yàn)闅怏w通過(guò)多孔板時(shí)，可以認(rèn)為很多氣流以射流形式通過(guò)了很多小孔。在射流過(guò)程中，主體氣流與周?chē)鷼饬饔胁煌�速度的間斷面，間斷面受到不可避免的干擾后失去穩(wěn)定而產(chǎn)生渦流。

旋渦不斷地卷起周?chē)�的流體，同時(shí)移動(dòng)，變形，摩擦，沖突。這一切過(guò)程都在耗費(fèi)能量，產(chǎn)生阻力損失。同時(shí)，射流與壁面之間，各射流之間也存在回流區(qū)以及渦的動(dòng)量、能量交換，這加劇了能量的損失。能量損失的大小可以用壓降表征，而能量損失的難易程度則可以用阻力系數(shù)表征。

雷諾數(shù)小時(shí)，射流中心的動(dòng)量小，間斷面容易失去穩(wěn)定而產(chǎn)生渦流，隨著阻力系數(shù)大的雷諾數(shù)的增加，射流中心的動(dòng)量逐漸增大，渦流比較難產(chǎn)生，阻力系數(shù)開(kāi)始減少的雷諾數(shù)進(jìn)一步增加，從單個(gè)射流來(lái)看，阻力系數(shù)應(yīng)該繼續(xù)下降，但各射流之間產(chǎn)生的影響，能量損失的難易度總體上變得穩(wěn)定，因此阻力系數(shù)總體上變得比較穩(wěn)定

雷諾數(shù)繼續(xù)增大，各射流之間產(chǎn)生的能量損失進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的階段，單個(gè)射流量損失開(kāi)始變大，阻力總體上變大Malavasi[16]等人研究了開(kāi)孔率0.04~0.52范圍內(nèi)的阻力特性，與他們的試驗(yàn)結(jié)果相比，在中高開(kāi)孔率的情況下，阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的變化規(guī)律相似，均先下降后穩(wěn)定。不同之處在于低雷諾數(shù)對(duì)阻力系數(shù)的影響，中高開(kāi)孔率小于低開(kāi)孔率。

2.2開(kāi)孔率對(duì)多孔板阻力系數(shù)的影響

圖8展示不同雷諾數(shù)時(shí)，開(kāi)孔率從0.3變?yōu)?.68對(duì)阻力系數(shù)的影響。

各雷諾數(shù)下的阻力系數(shù)與開(kāi)孔率的變化趨勢(shì)一致。從圖中可以看出，阻力系數(shù)隨著開(kāi)孔率的增大而減少，開(kāi)孔率對(duì)阻力系數(shù)的影響非常顯著。開(kāi)孔率從0.3增加時(shí)，阻力系數(shù)首先急速下降的開(kāi)孔率變?yōu)?.45時(shí)，下

下降速度變慢。試驗(yàn)結(jié)果的趨勢(shì)與Ozahi[18]的試驗(yàn)規(guī)律相似，阻力系數(shù)呈指數(shù)形式下降規(guī)律，多孔板在低開(kāi)孔率和中高開(kāi)孔率時(shí)對(duì)阻力系數(shù)的影響相似。

根據(jù)流體力學(xué)理論和上一節(jié)的分析，在同一雷諾數(shù)的情況下，多孔板的開(kāi)孔率越小，流體主流和各回流區(qū)之間，流體質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)之間的沖突、摩擦也越激烈，同時(shí)更多的微組脫離，主流

2.3相對(duì)厚度對(duì)多孔板阻力系數(shù)的影響

圖9給出了在不同雷諾數(shù)情況下，開(kāi)孔率均為0.5，不同相對(duì)厚度(d=5，8，12，16mm)對(duì)阻力系數(shù)的影響。從圖中可以明顯看出阻力系數(shù)隨相對(duì)厚度的增加而降低。進(jìn)一步觀察圖9，根據(jù)雷諾數(shù)的不同，相同厚度的阻力系數(shù)稍有不同，但變化趨勢(shì)一致:隨著相對(duì)厚度的增加，阻力系數(shù)首先急速下降，t/d=0.31后阻力系數(shù)的下降速度變慢。該試驗(yàn)結(jié)果與Miller[21]和Weber[22]試驗(yàn)結(jié)果相似。

阻力系數(shù)隨著相對(duì)厚度變化的規(guī)律原因是隨著相對(duì)厚度的增加，管道截面的孔數(shù)增加，孔與孔之間，孔與管壁面之間的回流區(qū)減小，多孔板的前后壓差減小。

3多孔板阻力系數(shù)建模

通過(guò)第一章的理論分析得到了單孔板阻力系數(shù)的公式，結(jié)合中高開(kāi)孔率多孔板的試驗(yàn)結(jié)果，采用以下模型描述多孔板阻力系數(shù)

電動(dòng)吸塵器使用的多孔板的特征是開(kāi)孔率大，開(kāi)孔率多，同時(shí)對(duì)多孔板阻力有嚴(yán)格的要求。因此，通過(guò)預(yù)定考試結(jié)果的阻力系數(shù)公式，對(duì)未來(lái)的科學(xué)研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造有重要的參考和參考作用。

4結(jié)論

通過(guò)多孔板壓降試驗(yàn)臺(tái)架，研究了中高開(kāi)孔率的多孔板阻力特性，分析了雷諾數(shù)、孔板開(kāi)孔率、相對(duì)厚度對(duì)其阻力特性的影響。試驗(yàn)采用空氣作為流動(dòng)介質(zhì)，管內(nèi)速度為2~14m/s。試驗(yàn)得出以下結(jié)論:

1)雷諾數(shù)對(duì)阻力系數(shù)的影響最小，阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)的增大而先下降，然后穩(wěn)定，最后逐漸下降。

2)開(kāi)孔率對(duì)阻力系數(shù)的影響最大，阻力系數(shù)根據(jù)開(kāi)孔率以指數(shù)形式下降。

3）相對(duì)厚度對(duì)阻力系數(shù)影響較大，阻力系數(shù)隨著相對(duì)厚度的增大先快速降低，隨后緩慢降低。

4）在開(kāi)孔率為0.3~0.68，相對(duì)厚度為0.16~0.5范圍內(nèi)，基于單孔板阻力系數(shù)理論公式，總結(jié)出了多孔板阻力系數(shù)的公式。為今后的考研和實(shí)際應(yīng)用提供了可靠的參考價(jià)值。