纖維集合體對(duì)煙氣中pm2.5過(guò)濾特性的數(shù)值模擬研究

1、東南大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。研究生簽名：墨蘭氳 日 期：2 1 1 生! 生! ! 竺東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明東南大學(xué)、中國(guó)科

2、學(xué)技術(shù)信息研究所、國(guó)家圖書(shū)館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布( 包括刊登) 授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。研究生簽名：＆±氫導(dǎo)師簽名，趁堡叁日期：型生叢! ±摘要摘要隨著目前顆粒物污染的加劇，如何有效的消除煙氣中有害顆粒物

3、成為眾多學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)。過(guò)濾是實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中顆粒物高效脫除的一種行之有效的方法，而纖維集合體作為～種常見(jiàn)的過(guò)濾材料，其對(duì)顆粒物的過(guò)濾脫除能起到很好的作用。目前對(duì)纖維集合體過(guò)濾特性的研究主要基于實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬兩種技術(shù)路線。為了更好驗(yàn)證本文創(chuàng)建模型的合理性，本文對(duì)部分影響纖維集合體過(guò)濾特性的因素開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。同時(shí)由于開(kāi)展實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)周期長(zhǎng)，無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模的研究工作，為此數(shù)值模擬方法開(kāi)始受到廣泛關(guān)注。通過(guò)研究分析纖維集合體在三維空間內(nèi)的氣固兩相

4、流動(dòng)以及不同因素對(duì)顆粒物過(guò)濾特性影響，對(duì)于優(yōu)化纖維集合體內(nèi)部機(jī)構(gòu)，研究更加高效的過(guò)濾介質(zhì)提供重要的理論指導(dǎo)及應(yīng)用意義。本文采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究纖維集合體對(duì)顆粒物的過(guò)濾特性，主要的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面并得到相關(guān)結(jié)論：( 1 ) 首先為了驗(yàn)證本文數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性和合理性，設(shè)計(jì)并搭建纖維集合體對(duì)煙氣中顆粒物宏觀攔截的實(shí)驗(yàn)裝置。在進(jìn)行不同因素下纖維集合體捕集效率隨過(guò)濾長(zhǎng)度變化情況的實(shí)驗(yàn)中，同一單絲線密度制成的具有相同圓周的

5、濾棒集合體，隨著集合體空隙率的增加，其對(duì)氣溶膠顆粒物的捕集效率反而下降。而對(duì)于同一空隙率不同線密度的濾棒，隨著單絲線密度的增加，濾棒集合體對(duì)氣溶膠顆粒物的捕集效率減小。隨后在另一組探究捕集效率隨過(guò)濾時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)中，隨著過(guò)濾時(shí)間的增加，試驗(yàn)濾棒段的捕集效率呈現(xiàn)緩慢下降。同時(shí)發(fā)現(xiàn)捕集效率隨著濾棒空隙率的增大而減小，隨著單絲線密度的增大而減小。( 2 ) 基于對(duì)纖維集合體微觀結(jié)構(gòu)的觀察以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定的部分參數(shù)，結(jié)合A u t o C A D中

6、的l i s p 程序以及前處理軟件g a m b i t ，自動(dòng)生成了纖維集合體三維隨機(jī)計(jì)算模型，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與真實(shí)的濾棒集合體微觀結(jié)構(gòu)相似。該方法構(gòu)造模型過(guò)程簡(jiǎn)單，模型與真實(shí)的結(jié)構(gòu)匹配度較高，為深層次的研究纖維集合體過(guò)濾特性奠定基礎(chǔ)。( 3 ) 利用歐拉．拉格朗曰方法對(duì)顆粒物的流動(dòng)特征進(jìn)行數(shù)值模擬研究，用歐拉法處理氣相場(chǎng)，同時(shí)用拉格朗日方法處理離散顆粒場(chǎng)，直接跟蹤離散顆粒場(chǎng)中的每一個(gè)顆粒，模擬不同因素下纖維集合體對(duì)P M 2 5 的

7、過(guò)濾效率。并對(duì)顆粒的運(yùn)動(dòng)情況采用動(dòng)畫(huà)描述，更加直觀的觀察細(xì)顆粒物在纖維附近的運(yùn)動(dòng)情況。( 4 ) 針對(duì)可能影響纖維集合體過(guò)濾特性的關(guān)鍵因素開(kāi)展數(shù)值模擬研究，并且將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，探究不同線密度、不同空隙率因素下纖維集合體對(duì)P M 2 5 攔截特性的影響，為高效過(guò)濾介質(zhì)的研究提供重要的分析數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：對(duì)于同一種絲束，纖維集合體的攔截效率隨著空隙率的減小而增加。在相同的空隙率下，攔截效率隨著纖維線密度的增大而減少。同時(shí)深層次的