基于有限差分法的静电除尘模型数值仿真及开源软件实现

摘要

静电除尘器作为一种效率高、阻力低、气体处理量大和适用范围广的治理大气污染的有效措施，正在受到越来越多的使用和研究。建立可靠、准确和完整的静电除尘器的模型，是对静电除尘器进行研究、设计和控制的基础。但由于静电除尘过程的复杂性，人们对于静电除尘机理和数学模型研究仍然缺乏系统性，在设计和使用中多数仍然依靠由经验得到的统计数据，以致静电除尘器的研究和设计中存在许多不足。 国内外对于静电除尘模型的研究主要集中在建立更符合实际应用的模型；研究分析V-I特性以及探讨如何提高除尘效率。除尘过程的软件实现以及工业应用也是国外企业的追求的目标，有些软件已经比较成熟并获到了较好的市场前景。 本文的主要研究内容和创新点如下： 1．深入理解静电除尘器除尘机理、研究静电除尘的理论成果、对静电除尘过程建立一个比较完整和准确的数学模型。数学模型主要包括电场模型、粒子荷电模型、尘粒收集模型以及影响除尘过程的非理想因素等四部分，力求对除尘过程进行一个清晰准确的描述，以便于静电除尘器的设计开发并为将来的控制和优化等更深入的研究奠定基础。 2．采用电磁场计算中应用较多的有限差分法对己建立的静电除尘数学模型进行分析和算法描述；对包括电场模型和粒子收集模型的边界条件进行讨论；对模型差分并结合边界条件分析计算；对决定除尘性能的V-I特性进行分析，研究不同除尘参数与除尘效率之间的联系。 3．利用开源自由软件SCILAB，结合工具命令语言TCL/TK，设计开发静电除尘器仿真软件，能够配置各种除尘参数并对所建立的数学模型进行仿真演示，以研究各种除尘器设计参数和非理想因素对静电除尘过程和除尘效率的影响，并且对浙江兰溪发电厂的除尘过程进行现场仿真。 4．综合考虑发电厂静电除尘器实际工作环境中设备的多样性，结合目前流行的OPC标准，基于开源思想开发出一套OPC工业接口，能够实现与现场设备的通讯，采集现场数据，这个功能在浙江兰溪发电厂得到了实际应用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1引言

1.2静电除尘器基本工作原理

1.3静电除尘器相关的各种理论模型

1.3.1层流理论

1.3.2紊流理论

1.3.3静电传输与紊流扩散模型

1.3.4静电传输与紊流掺混理论

1.4 静电除尘器数学模型的研究现状

1.5 电除尘器的模拟/优化软件开发现状

1.6 本文研究内容和章节安排

第二章 线板式静电除尘器数学模型的建立

2.1 引言

2.2电场分布

2.3尘粒荷电

2.3.1电场荷电

2.3.2扩散荷电

2.3.3电场荷电和扩散荷电的联合影响

2.4尘粒收集

2.4.1静电传输与紊流掺混理论

2.4.2基于Deutsch理论的静电除尘效率分析

2.5除尘过程中的其他现象

2.5.1二次扬尘

2.5.2火花放电和反电晕

2.5.3粉尘浓度

2.6本章小结

第三章 数值算法实现

3.1引言

3.2有限差分法

3.2.1差分方程求解方法

3.2.2迭代法的收敛性

3.3 定解条件

3.4 线板式静电除尘器数学模型的分析计算

3.4.1电场模型

3.4.2粒子输送模型

3.4.3算法描述

3.5 本章小结

第四章 仿真结果分析

4.1 引言

4.2 除尘器V-I特性分析

4.2.1除尘器内电场分布

4.2.2空间电荷分布

4.2.3沿极板方向电位分布

4.3 除尘效率的分析

4.3.1 工作电压对除尘效率的影响

4.3.2气流速度对除尘效率的影响

4.3.3粉尘粒径对除尘效率的影响

4.3.4线板间距对除尘效率的影响

4.4 本章小结

第五章 基于SCILAB的软件实现及现场应用

5.1 引言

5.2 SCILAB简介

5.3 软件组成及结构

5.3.1软件主界面

5.3.2气流初始界面

5.3.3电场初始界面

5.3.4 OPC工业接口

5.4 软件应用及结果演示

5.4.1 背景介绍

5.4.2现场应用

5.5本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

附录

致谢

作者攻读硕士期间完成的论文与项目情况