声场中超细颗粒同向聚团模型及聚团过程研究

摘要

颗粒污染物又称气溶胶状污染物，其中超细颗粒是目前国内非常严重的污染物。颗粒污染物主要由化石燃料燃烧、汽车排放以及自然活动等产生的颗粒物组成，其中，可吸入颗粒尤其是超细颗粒对人体和环境都是有害的。因为超细颗粒的空气动力学直径很小、活性很强、表面积比很大、容易吸附一些有毒物质，如重金属、有机污染物和微生物等，对人类的健康造成了很大的危害；超细颗粒物还会导致雾霾，雾霾现在也是中国大多城市面临的一个严重问题。燃煤电站的除尘设备对去除 PM2.5的效率很低，所以研究超细颗粒的预处理是很有必要的。 声场聚团是现阶段很有潜力的预处理技术，传统的颗粒除尘器只能简单地捕获一些大的颗粒，而声场聚团技术对超细颗粒的收集效果非常明显。在声场聚并器中大小颗粒在不同的振幅下振动，颗粒之间存在速度差，大颗粒充当收集核的作用，颗粒之间的相对运动使他们碰撞并聚团在一起形成更大的颗粒，而大的颗粒继续和其他小颗粒碰撞，经过一段时间后，颗粒向更大的尺寸变化，可以达到去除超细颗粒的目的。 本文研究声场聚并器内超细颗粒聚团，引入碰撞效率?修正同向聚团，考虑布朗聚团和同向聚团矢量相加的影响，获得新的声场聚团核模型，并和标量相加声场聚团核模型进行比较，数值模拟采用欧拉双流体模型耦合群体平衡模型对声场聚团过程进行研究，并采用分组算法求解群体平衡方程。 基于Fluent 软件UDF 功能自定义声场聚团核函数来测定不同停留时间、声压级、频率对超细颗粒聚团的影响，结果表明：在聚团颗粒粒径 0.2-0.8?m 范围内矢量相加的声场聚团核模型比标量相加声场聚团核模型更加贴近实验值，矢量相加的声场聚团核模型与实验结果比较一致，聚团所需要的最佳频率为1400Hz，声压级为147dB，停留时间选择4-6s为宜。 本文在燃煤电站尾部烟道布袋除尘器进口前段烟道添加半圆柱体扰流柱和“S”型涡片，应用本文建立的数学模型对声场聚团效果进行了数值模拟，结果表明：声场聚并器聚团效果良好，进口速度减小和颗粒相体积分数增大可以提高颗粒的聚团效果。

目录

主要符号表

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 声场聚团国内外研究现状

1.4 本文研究内容

第2章 声场聚团数值模拟方法

2.1 Fluent及CFD软件简述

2.2 气固两相流计算方法

2.3 群体平衡模型

2.4 声场聚团模型

2.5 欧拉双流体耦合群体平衡模型

2.6 数值求解方法

2.7 本章小结

第3章 声场聚团数值模拟及分析

3.1 引言

3.2 网格划分和计算参数设置

3.3 声场超细颗粒聚团数值模拟

3.4 使用分组法对声场同向聚团模型模拟分析

3.5 结果和分析

3.6 矢量相加聚团核在不同参数条件下模拟

3.7 矢量相加和标量相加聚团模型计算结果与实验结果三者对比

3.8 声场聚并器尺寸和参数实际应用

3.9 结论

第4章 声场中湍流聚团的数值模拟

4.1 声场湍流聚并器结构

4.2 湍流对聚团效果的影响

4.3 网格划分及参数设置

4.4 声场聚并器聚团效果

4.4 改变进口速度对颗粒聚团的影响

4.5 改变固相体积分数对颗粒聚团的影响

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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致谢