多種顆粒源的聲波團聚實驗研究與模擬.pdf

1、近些年來，隨著經(jīng)濟快速增長，化石燃料消耗量加大，燃燒產(chǎn)生的顆粒物已經(jīng)成為大氣污染的主要來源之一。尤其是粒徑小于2.5μm的細顆粒物，對環(huán)境和人體都會產(chǎn)生巨大的危害，已經(jīng)引起全社會的持續(xù)關(guān)注。在這樣的背景下，我國對于顆粒物排放的標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，而傳統(tǒng)除塵設(shè)備對于細顆粒的脫除效率并不理想，因此需要研究氣溶膠預(yù)處理技術(shù)，使得顆粒物團聚長大為粒徑更大的顆粒物，從而提高后續(xù)除塵設(shè)備的脫除效率。聲波團聚就是一種有研究價值的顆粒物預(yù)處理技術(shù)。
　

2、　聲波團聚是利用高強聲波對氣溶膠進行作用，使得顆粒物在聲波攜帶作用下振動，從而發(fā)生相對運動，增強顆粒間的碰撞團聚長大。關(guān)于聲波團聚的研究較為豐富，但對機理的研究還不完善，實驗研究更多地也只限定于實驗室，而沒有得到實際應(yīng)用，關(guān)于聲波頻率等關(guān)鍵參數(shù)也存在爭議。針對種種問題，本文展開了與聲波團聚相關(guān)的機理和實驗研究。
　　首先，應(yīng)用聲波的攜帶機理對聲場中的顆粒物的運動規(guī)律進行了計算，得到聲壓級、聲波頻率、顆粒粒徑以及聲場形式等因素對顆粒

3、振動的影響；然后搭建了可視化高速攝影實驗平臺，對DEHs（癸二酸二異辛酯）顆粒在聲場中振動過程進行拍攝，通過高幀頻得到顆粒物在振動周期內(nèi)的位置變化，標(biāo)定計算得到的顆粒速度變化規(guī)律與計算值有很好的吻合。
　　然后，針對顆粒物的聲波團聚特性，進行了以下實驗研究：
　　采用不同粒徑分布的DEHs單分散氣溶膠和半山電廠飛灰多分散氣溶膠作為顆粒源，分別研究了聲波團聚的特性。在單分散氣溶膠聲波團聚中，采用了0.2μm、0.5μm和2μm

4、三種粒徑的DEHs顆粒，實驗發(fā)現(xiàn)，亞微米級的顆粒物聲波團聚的效果并不是很好，而對2μm的顆粒物，聲波的效果較為明顯，最佳頻率在1400Hz~1600Hz，而聲壓級越大，聲波團聚的效果越好。在多分散氣溶膠聲波團聚實驗中，對比研究了行波場和駐波場，發(fā)現(xiàn)同等聲壓級條件下，駐波場的聲波團聚效果要優(yōu)于行波場。
　　通過激光粒度儀在線檢測方法，檢測了半山電廠飛灰顆粒物全粒徑段分布在聲波作用下的變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著聲壓級的增大，粒徑分布有著向大粒

5、徑段長大的趨勢，驗證了顆粒物在聲場中濃度減少是因為團聚長大成了粒徑更大的團聚體。然后將聲場和自制的靜電除塵器、布袋除塵器分別連接，通過ELPI在線檢測系統(tǒng)測量除塵器出口在有無聲場作用時的氣溶膠的濃度和粒徑分布，來研究聲波團聚對傳統(tǒng)除塵器的增益作用，實驗發(fā)現(xiàn)，在1400Hz，148dB的工況條件下，靜電除塵器對 PM10的質(zhì)量濃度脫除效率從89.05％提高到了99.28%，布袋除塵器則從91.29%提高到了99.19%。
　　研究了

6、聲波團聚聯(lián)合噴霧共同作用對顆粒物的影響。采用嘉興電廠飛灰作為顆粒源，選取了水、SDBS、TX100兩種表面活性劑以及XTG、PG和CMC三種團聚劑作為不同的噴霧源，研究了聲場參數(shù)、噴霧量、表面活性劑濃度以及團聚劑種類對聲場和噴霧聯(lián)合作用效果的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，對于較細的顆粒源，最佳聲波頻率為1000Hz；噴霧量越大，顆粒物數(shù)目濃度減少越多；表面活性劑的濃度存在最佳值；而三種團聚劑中，CMC與聲波共同作用的效果最好。
　　其次，考慮多

7、種聲波團聚機理，包括同向團聚、聲波尾流效應(yīng)、共輻射壓和布朗運動，通過計算團聚核函數(shù)來比較研究不同機理在聲波團聚中的作用大小，以及顆粒粒徑、聲壓級、聲波頻率對團聚核函數(shù)的影響，驗證了同向團聚作用是最主要的團聚機理。在此基礎(chǔ)上，用分組法模型對氣溶膠團聚的動力學(xué)方程進行求解，計算不同聲場條件下顆粒物濃度和粒徑分布的變化情況，分析了不同因素的影響規(guī)律，并與實驗結(jié)果有較好的吻合。
　　最后，提出了基于聲波團聚的多場協(xié)同團聚實驗系統(tǒng)的設(shè)計方案