纖維集合體對煙氣中pm2.5過濾特性的數(shù)值模擬研究

1、東南大學學位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進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)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名：墨蘭氳 日 期：2 1 1 生! 生! ! 竺東南大學學位論文使用授權(quán)聲明東南大學、中國科

2、學技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學位論文的復(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、成為眾多學者關(guān)注的重點。過濾是實現(xiàn)對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～種常見的過濾材料，其對顆粒物的過濾脫除能起到很好的作用。目前對纖維集合體過濾特性的研究主要基于實驗研究和數(shù)值模擬兩種技術(shù)路線。為了更好驗證本文創(chuàng)建模型的合理性，本文對部分影響纖維集合體過濾特性的因素開展實驗研究。同時由于開展實驗耗費周期長，無法進行大規(guī)模的研究工作，為此數(shù)值模擬方法開始受到廣泛關(guān)注。通過研究分析纖維集合體在三維空間內(nèi)的氣固兩相

4、流動以及不同因素對顆粒物過濾特性影響，對于優(yōu)化纖維集合體內(nèi)部機構(gòu)，研究更加高效的過濾介質(zhì)提供重要的理論指導(dǎo)及應(yīng)用意義。本文采用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究纖維集合體對顆粒物的過濾特性，主要的研究內(nèi)容包括以下幾個方面并得到相關(guān)結(jié)論：( 1 ) 首先為了驗證本文數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性和合理性，設(shè)計并搭建纖維集合體對煙氣中顆粒物宏觀攔截的實驗裝置。在進行不同因素下纖維集合體捕集效率隨過濾長度變化情況的實驗中，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，其對氣溶膠顆粒物的捕集效率反而下降。而對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濾時間變化的實驗中，隨著過濾時間的增加，試驗濾棒段的捕集效率呈現(xiàn)緩慢下降。同時發(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 ) 基于對纖維集合體微觀結(jié)構(gòu)的觀察以及實驗測定的部分參數(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 ，自動生成了纖維集合體三維隨機計算模型，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與真實的濾棒集合體微觀結(jié)構(gòu)相似。該方法構(gòu)造模型過程簡單，模型與真實的結(jié)構(gòu)匹配度較高，為深層次的研究纖維集合體過濾特性奠定基礎(chǔ)。( 3 ) 利用歐拉．拉格朗曰方法對顆粒物的流動特征進行數(shù)值模擬研究，用歐拉法處理氣相場，同時用拉格朗日方法處理離散顆粒場，直接跟蹤離散顆粒場中的每一個顆粒，模擬不同因素下纖維集合體對P M 2 5 的

7、過濾效率。并對顆粒的運動情況采用動畫描述，更加直觀的觀察細顆粒物在纖維附近的運動情況。( 4 ) 針對可能影響纖維集合體過濾特性的關(guān)鍵因素開展數(shù)值模擬研究，并且將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的對比，探究不同線密度、不同空隙率因素下纖維集合體對P M 2 5 攔截特性的影響，為高效過濾介質(zhì)的研究提供重要的分析數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：對于同一種絲束，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。同時深層次的