燃煤可吸入顆粒物聲波團(tuán)聚——微觀動(dòng)力學(xué)特性可視化和宏觀效果實(shí)驗(yàn)研究及模擬.pdf

1、燃煤產(chǎn)生的可吸入顆粒物是城市大氣污染的重要來源，這些顆粒物粒徑小、數(shù)目多、富集多種有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人體健康造成了嚴(yán)重的危害。但目前常規(guī)的除塵設(shè)備，如靜電除塵器和旋風(fēng)分離器對(duì)其清除效率都很低。聲波團(tuán)聚對(duì)于細(xì)顆粒的清除是一種有效和可行的方法，通過外加聲波的作用細(xì)顆粒會(huì)發(fā)生碰撞團(tuán)聚長大，在很短的時(shí)間內(nèi)，顆粒的分布將發(fā)生從小尺寸向大尺寸方向的演變，團(tuán)聚后產(chǎn)生的細(xì)顆粒團(tuán)聚物的平均粒徑會(huì)增大，細(xì)顆粒的數(shù)目濃度會(huì)減少，這樣就可以很容易地通過常規(guī)的除

2、塵設(shè)備將其從尾部煙氣中清除，從而達(dá)到控制細(xì)顆粒排放的目的。 本文通過對(duì)平面駐波聲場的理論分析，自行設(shè)計(jì)并建立了外加駐波型聲場條件下的燃煤可吸入顆粒物微觀動(dòng)力學(xué)特性研究和聲波團(tuán)聚宏觀效果特性研究兩套實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過實(shí)驗(yàn)和模型計(jì)算在微觀和宏觀兩個(gè)方面研究了細(xì)顆粒動(dòng)力學(xué)特性以及整體清除的效果。 在微觀實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，通過對(duì)細(xì)顆粒的受力理論分析研究了細(xì)顆粒在駐波聲場中的運(yùn)動(dòng)特性及規(guī)律；針對(duì)可吸入顆粒物粒徑很小的特點(diǎn)，采用高速顯微攝像技

3、術(shù)成功地拍攝到了聲波場中細(xì)顆粒夾帶和遷移的運(yùn)動(dòng)過程，在微觀尺度上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了顆粒夾帶遷移理論的正確性，在聲場夾帶的基礎(chǔ)上提出了聲波場中細(xì)顆粒夾帶和遷移運(yùn)動(dòng)共存理論，采用量級(jí)分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)照方法，證實(shí)了引起細(xì)顆粒在聲場中運(yùn)動(dòng)的主要受力為粘性力。建立了駐波場中顆粒受力運(yùn)動(dòng)模型，數(shù)值計(jì)算的結(jié)果表明：粘性力作用使細(xì)顆粒產(chǎn)生夾帶和遷移，細(xì)顆粒在駐波聲場中會(huì)同時(shí)產(chǎn)生沉降、夾帶和遷移運(yùn)動(dòng)，并且在速度的波腹處細(xì)顆粒夾帶振幅最大，在波節(jié)處為零，在速度波節(jié)和波

4、腹處細(xì)顆粒的遷移速度為零，在兩者中間位置處遷移速度最大，細(xì)顆粒遷移的方向總是指向最近的駐波速度波節(jié)點(diǎn)位置。在微觀實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用顆粒夾帶和沉降運(yùn)動(dòng)獨(dú)立性的特點(diǎn)，提出了一種新型的細(xì)顆粒粒徑測量方法，求得微米級(jí)飛灰顆粒的動(dòng)力學(xué)直徑。宏觀實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要以工業(yè)控制和清除細(xì)顆粒應(yīng)用為目標(biāo)，建立聲波團(tuán)聚的氣溶膠通用動(dòng)力學(xué)方程，研究了燃煤可吸入顆粒物在高強(qiáng)度聲波場作用下，聲波強(qiáng)度、停留時(shí)間、細(xì)顆粒初始濃度以及聲波頻率對(duì)于聲波團(tuán)聚前后顆粒粒徑分布變化的