利用聲波團(tuán)聚增強(qiáng)燃燒源可吸入顆粒物脫除的研究.pdf

1、可吸入顆粒物PM2.5(也稱細(xì)顆粒)是主要的大氣污染物之一,它直接對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成危害。燃煤電廠和機(jī)車尾氣是細(xì)顆粒排放的重要源頭,由于靜電除塵器和旋風(fēng)分離器等常規(guī)除塵設(shè)備,對(duì)細(xì)顆粒的脫除效率很低,有很大數(shù)量的細(xì)顆粒排放至大氣中。目前沒有有效脫除細(xì)顆粒的技術(shù)方法,而聲波團(tuán)聚是一種有潛力的預(yù)處理方法,利用聲波作用,促使顆粒發(fā)生團(tuán)聚長(zhǎng)大,再經(jīng)過后續(xù)的常規(guī)除塵設(shè)備將其清除,從而達(dá)到控制細(xì)顆粒排放的目的。本文將從細(xì)顆粒在聲波場(chǎng)中的微觀動(dòng)力

2、學(xué)特性和利用聲波團(tuán)聚增強(qiáng)后續(xù)分離器對(duì)細(xì)顆粒的宏觀脫除效果兩個(gè)方面展開研究。 利用可視化技術(shù)建立了研究細(xì)顆粒微觀動(dòng)力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),動(dòng)態(tài)地顯微觀察并拍攝細(xì)顆粒在水平聲波場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。研究了細(xì)顆粒在聲波作用前后和聲波場(chǎng)中不同位置的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),結(jié)合數(shù)值方法理論模擬顆粒在聲波場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。結(jié)果顯示：顆粒在水平聲場(chǎng)中,除了重力沉降,還發(fā)生與聲波同頻率振動(dòng),同時(shí)向速度波節(jié)點(diǎn)漂移。與自由沉降相比,在單位時(shí)間內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡掃過的面積大大增

3、加,有利于顆粒間的碰撞團(tuán)聚。比較了顆粒和顆粒團(tuán)聲波夾帶動(dòng)力學(xué)特性,研究發(fā)現(xiàn)：顆粒團(tuán)和一定尺寸的單顆粒具有接近的空氣動(dòng)力學(xué)特性,顆粒團(tuán)的分形結(jié)構(gòu)使其在氣流中具有傾向于較小顆粒的氣流跟隨性,慣性被弱化。在聲波作用下細(xì)顆粒漂移特性的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析表明：細(xì)顆粒漂移驅(qū)動(dòng)力是粘性不對(duì)稱產(chǎn)生的漂移力,聲輻射力的影響較弱；細(xì)顆粒向速度波節(jié)點(diǎn)漂移,導(dǎo)致局部濃度增加,從而促進(jìn)聲波團(tuán)聚。比較了確定顆粒粒徑的三種方法,與光學(xué)法和重力沉降法相比,對(duì)細(xì)顆粒而言

4、,用聲波夾帶法確定顆粒的粒徑較為準(zhǔn)確。 以顆粒排放控制的工業(yè)應(yīng)用為目標(biāo),利用聲波及其與外加種子顆粒聯(lián)合作用,建立了研究細(xì)顆粒宏觀清除效果的脫除系統(tǒng)。采用頻率為1kHz的聲源,研究了燃燒源顆粒分別在聲波單獨(dú)作用及其與外加種子顆粒聯(lián)合作用下顆粒的分布變化和系統(tǒng)的脫除效果,研究結(jié)果表明：在聲波單獨(dú)作用下,本實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)對(duì)數(shù)濃度峰值粒徑在亞微米級(jí)的顆粒具有明顯的脫除效果,顆粒濃度減少率隨聲強(qiáng)增加而升高。聲波單獨(dú)作用對(duì)燃煤顆粒的脫除效果

5、優(yōu)于燃油顆粒；在聯(lián)合作用下,系統(tǒng)對(duì)燃煤顆粒的脫除效果優(yōu)于其在聲波單獨(dú)作用下的脫除效果；在霧化水的聯(lián)合作用下,系統(tǒng)對(duì)燃煤顆粒的脫除效果較固體種子顆粒的聯(lián)合作用更顯著。在強(qiáng)度為158.5dB的聲波與霧化水顆粒聯(lián)合作用下,燃煤顆粒數(shù)濃度的減少率達(dá)到68％?；跉馊苣z通用動(dòng)力學(xué)方程,建立了聲波團(tuán)聚核,采用尺度離散的區(qū)域化算法,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論模擬并預(yù)測(cè)。結(jié)果表明：在聲強(qiáng)不高于158.5dB時(shí),模型較好地模擬了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在高聲強(qiáng)作用時(shí)因湍流作用