考慮粒子反彈作用的單纖維過濾捕集效率數(shù)值模擬.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、纖維過濾技術(shù)對顆粒污染物特別是微細(xì)顆粒具有較高的過濾效率,改進(jìn)過濾介質(zhì)過濾性能以及優(yōu)化改良過濾材料設(shè)計(jì)仍然是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。在以往研究中,簡化了模型,忽略粒子碰撞反彈作用,只考慮在慣性碰撞、擴(kuò)散及靜電作用下纖維表面粒子的沉積。本課題擬建立粉塵顆粒在單根纖維上的沉積模型,對顆粒沉積過程及沉積物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為系統(tǒng)的模擬研究,在模擬計(jì)算中,嘗試加入顆粒與纖維的碰撞反彈因素,使得模擬更貼近真實(shí)情況。主要研究內(nèi)容及研究結(jié)論如下:
  (1)

2、采用計(jì)算機(jī)模擬的方法對考慮粒子反彈作用下單纖維過濾介質(zhì)表面粒子的沉積進(jìn)行了模擬,觀察粒子在不同H值時(shí)的過濾單元形態(tài)、顆粒與纖維碰撞后的運(yùn)動軌跡,并對模擬計(jì)算的數(shù)值結(jié)果做了分析討論。研究發(fā)現(xiàn),H越小時(shí),顆粒與纖維之間的反彈作用越明顯。在穩(wěn)態(tài)過濾時(shí),隨著斯托克斯數(shù)St的增大,考慮反彈與不考慮反彈的捕集效率在初始都隨著St的增大而增大,到某一個(gè)St臨界值之后,考慮反彈的捕集效率隨著St的增大而減小,而不考慮反彈的捕集效率仍然隨著St的增大而增

3、大。在非穩(wěn)態(tài)過濾下,隨著St數(shù)從小到大變化,不考慮顆粒反彈的非穩(wěn)態(tài)階段的捕集效率初始階段基本不變,當(dāng)St數(shù)到某個(gè)值以后,捕集效率隨著St數(shù)的變大而變大。而考慮顆粒反彈的捕集效率在初始階段也是基本不變,當(dāng)St數(shù)到某個(gè)值以后,捕集效率隨著St數(shù)的變大而變小。
  (2)對影響捕集效率的因素做了正交數(shù)值模擬設(shè)計(jì),對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸,得到穩(wěn)態(tài)過濾階段纖維捕集效率的擬合計(jì)算公式,并做了無量綱優(yōu)化,得到了無量綱擬合計(jì)算式。最后對擬合公式做了

4、非樣本檢驗(yàn)和文獻(xiàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明擬合公式有較強(qiáng)的預(yù)報(bào)可靠性。
  (3)觀察在不同斯托克斯數(shù)St、雷諾數(shù)Ref、攔截系數(shù)Rp、填充率c下的穩(wěn)態(tài)過濾單元形態(tài)、顆粒與纖維碰撞后的運(yùn)動軌跡,并對模擬計(jì)算的數(shù)值結(jié)果做了討論,分析了捕集效率隨St、Ref、Rp、c的變化關(guān)系。在非穩(wěn)態(tài)過濾時(shí),除了以上因素,還需考察沉積量Mc。
  (4)給出穩(wěn)態(tài)階段考慮反彈的捕集效率與不考慮反彈的捕集效率的關(guān)系式,在St小于等于St臨界值的階段,考慮

5、反彈的捕集效率等于不考慮反彈的捕集效率,且等于文獻(xiàn)研究結(jié)果;在St大于St臨界值階段,考慮反彈的捕集效率小于不考慮反彈的捕集效率,需對文獻(xiàn)研究結(jié)果進(jìn)行修正,修正結(jié)果為文獻(xiàn)研究結(jié)果乘以反彈系數(shù)k,k是斯托克斯數(shù)、攔截系數(shù)、填充率及Hamake常數(shù)的函數(shù)。對非穩(wěn)態(tài)階段,給出單纖維的非穩(wěn)態(tài)過濾效率的物理表達(dá)式,并與文獻(xiàn)中的經(jīng)驗(yàn)公式做了比較,在兩個(gè)公式參數(shù)的適用范圍內(nèi),變化趨勢及計(jì)算結(jié)果基本一致?;貧w得到的b、c值與文獻(xiàn)給出值存在差異,其平均值

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