粉塵顆粒在纖維過濾介質(zhì)表面沉積的計(jì)算機(jī)模擬.pdf

1、粉塵顆粒在纖維過濾介質(zhì)內(nèi)部沉積形成的鏈狀堆積結(jié)構(gòu)(粉塵樹枝)，在過濾初始階段，互不干擾地生長，但隨過濾時(shí)間的增加，粉塵樹枝結(jié)構(gòu)開始橋架并最終形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種顆粒沉積方式對(duì)纖維過濾器的過濾效率和過濾阻力有顯著影響，影響結(jié)果是過濾效率和過濾阻力隨過濾時(shí)間的增加而增大。表層過濾中，粉塵顆粒在纖維過濾介質(zhì)表面沉積形成的粉塵層(濾餅結(jié)構(gòu))必須周期地從過濾介質(zhì)表面清除以降低過濾阻力。通常采用脈沖噴吹的方法達(dá)到此目的。濾餅的過濾阻力不僅與纖維過濾介

2、質(zhì)本身有關(guān)，還與濾餅的形態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，包括濾餅的孔隙率和過濾條件。因此，過濾器的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化及過濾器的性能預(yù)測需要深入研究粉塵顆粒在纖維過濾介質(zhì)表面的沉積過程和濾餅的形成過程。為此，本課題針對(duì)粉塵顆粒在單纖維介質(zhì)表面沉積過程和濾餅形成過程開展研究，在三維條件下，建立粉塵沉積的計(jì)算機(jī)模擬模型模擬此過程。主要的研究工作及研究結(jié)論包括：
　　 (1)基于控制面概念和顆粒軌跡計(jì)算，建立粉塵顆粒在單纖維介質(zhì)表面沉積過程的隨機(jī)模

3、擬模型，并考慮到顆粒的粒徑分布和纖維扭轉(zhuǎn)對(duì)沉積物的形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。模擬結(jié)果表明，粉塵樹枝形態(tài)結(jié)構(gòu)依賴于St數(shù)、顆粒粒徑分布和纖維扭曲程度。模擬獲得的粉塵樹枝結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果十分相似。對(duì)單分散顆粒，不同St數(shù)、攔截參數(shù)和容密度條件下的單纖維捕集效率與沉積量近似為線性關(guān)系。對(duì)多分散顆粒，單纖維捕集效率與沉積量不存在明顯的線性關(guān)系。此外，過濾器容密度和顆粒粒徑分布對(duì)單纖維捕集效率影響顯著。
　　 (2)基于受限擴(kuò)散模型，建立粉塵顆粒

4、在多纖維介質(zhì)表面沉積形成濾餅的過程。粉塵顆粒在遠(yuǎn)離過濾介質(zhì)的控制面上釋放，假設(shè)對(duì)流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)為顆粒輸送和沉積的主要機(jī)理。定義Pe數(shù)為顆粒對(duì)流作用與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的比值，討論不同Pe數(shù)對(duì)濾餅的形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。此外，考慮到實(shí)際過濾中過濾的粉塵顆粒大多為非等粒徑顆粒，針對(duì)幾種不同服從正態(tài)粒徑分布的顆粒沉積對(duì)濾餅的形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響作了討論。對(duì)Pe數(shù)范圍為0.25～1600進(jìn)行模擬計(jì)算結(jié)果表明，Pe數(shù)對(duì)濾餅的分形維數(shù)和孔隙率影響顯著。當(dāng)顆粒的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)強(qiáng)于對(duì)