纤维过滤捕集效率模拟及特性研究

发布时间：2017-03-30 06:16

  本文关键词：纤维过滤捕集效率模拟及特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纤维过滤器的压力损失和捕集效率是纤维过滤器非常重要的性能参数。国内外学者对纤维过滤器的性能研究已经好多年了。虽然有几个模型用于预测过滤器的压力损失和渗透率,但由于部分研究是将实际的纤维过滤器的纤维简化为规则排列的结构,而实际上纤维过滤器内部的纤维结构式呈现随机分布的,所以用这些模型预测真实介质实际结果还有些差距。纤维过滤器的结构参数和运行参数对纤维过滤器的过滤性能起着至关重要的作用。因此研究纤维过滤器的结构参数和运行参数对捕集效率和压力损失的影响具有重要意义。传统的纤维过滤器过滤介质局限在单一的圆形纤维上,随着时代发展生产技术的提高,人们可以生产很对形状复杂的异形纤维来提高纤维过滤器的过滤性能,本文就此研究了异形纤维的捕集效率问题。 为获得更真实纤维过滤器的微观结构,本文基于VBA平台编写了生成随机纤维的程序,通过对CAD的二次开发生成了随机纤维滤料模型,采用拉格朗日离散相模型即DPM法对捕集效率、压力损失进行了数值模拟研究,主要研究工作和研究结论包括： (1)通过VBA程序建立多种结构参数的滤料模型,采用拉格朗日离散相模型DPM法对多种纤维过滤器进行数值模拟,并给出了压力损失关联式5-10,随机纤维捕集效率的关联式5-11,5-12,5-13。 (2)基于DPM法对单纤维的捕集效率进行了CFD模拟,研究结果表明：随着填充率的增加捕集效率增加,随着斯托克斯数St的增大捕集效率增大,并给出了单纤维捕集效率的关联式3-3,3-19。 (3)基于DPM法对异形纤维(圆形,方形和椭圆)的捕集效率进行了CFD模拟,研究结果表明：同等条件下方形纤维的捕集效率最高,圆形次之,椭圆的捕集效率最差。方形纤维压力损失最大,圆形次之,椭圆的压力损失最小。通过分析过滤性能综合指标(质量因子Y)得出方形纤维质量因子最大,即过滤性能最好,圆形、椭圆形较为接近。 (4)结构参数和运行参数对纤维过滤器的压力损失和捕集效率的影响很明显,研究结果表明：随着纤维直径的增大,纤维过滤器捕集效率和压力损失都在减小,随着填充率的增大,纤维过滤器捕集效率和压力损失都在增大,随着过滤风速的增大,纤维过滤器捕集效率和压力损失都在增大,随着颗粒直径的增大,捕集效率在增大。 (5)拉格朗日离散相模型即DPM法得出的模拟数据与理论对比误差很小,说明DPM法可以很好的表示结构参数和运行参数变化对纤维过滤器的捕集效率的影响,此外DPM法可以使粒子的运行轨迹清晰的显示出来,将纤维过滤器对粒子的捕集直观化,可视化,为以后研究纤维捕集效率提供新的方法。
【关键词】：纤维过滤器 异形纤维 DPM法 压力损失 捕集效
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU834
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 问题的提出11
• 1.2 空气过滤器的工作原理11-14
• 1.3 纤维介质过滤性能的研究14-15
• 1.3.1 纤维压力损失经验模型14
• 1.3.2 纤维介质过滤效率经验模型14-15
• 1.4 纤维过滤器过滤理论研究现状及发展概况15-16
• 1.5 纤维滤料及过滤特点16-17
• 1.6 纤维过滤器的数值模拟现状17-21
• 1.7 本课题的主要研究内容21-23
• 1.7.1 研究目的21-22
• 1.7.2 研究任务22-23
• 第二章 纤维过滤器CFD模拟方法研究23-33
• 2.1 计算流体力学基础知识23-24
• 2.1.1 流体流动和基本传热方程组23-24
• 2.2 气相CFD模拟方法研究24-27
• 2.2.1 模拟计算中的离散方法24-25
• 2.2.2 控制方程算法25-26
• 2.2.3 压力和速度迭代方法26-27
• 2.3 主要使用软件介绍27-31
• 2.3.1 模拟生成平台27-28
• 2.3.2 FLUENT软件介绍28-29
• 2.3.3 Origin及SPSS数据软件29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 单纤维捕集效率的CFD模拟33-49
• 3.1 拉格朗日离散相模型(DPM)33-34
• 3.2 单纤维数值模型及边界条件34-37
• 3.2.1 模型描述34-35
• 3.2.2 模拟区域和边界条件35
• 3.2.3 网格划分35-36
• 3.2.4 FLUENT模拟操作过程36-37
• 3.3 结果分析与讨论37-47
• 3.3.1 验证拉格朗日离散相模型即DPM模型的可行性37-38
• 3.3.2 静压分布38-39
• 3.3.3 速度场分布39-40
• 3.3.4 粒子运动轨迹(迹线)40-41
• 3.3.5 运行参数对捕集效率影响41
• 3.3.6 结构参数对捕集效率影响41-42
• 3.3.7 无量纲数对捕集效率影星响及理论对比42-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 异形纤维形状系数对过滤阻力和捕集效率的影响分析49-59
• 4.1 异形纤维研究必要性49
• 4.2 数值模拟及边界条件49-52
• 4.2.1 模型描述49-50
• 4.2.2 模拟区域和边界条件50
• 4.2.3 网格划分50-52
• 4.3 结果分析与讨论52-57
• 4.3.1 验证52
• 4.3.2 静压52-53
• 4.3.3 速度场53-54
• 4.3.4 异形纤维过滤性能影响因素54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 随机纤维过滤器性能的CFD模拟59-81
• 5.1 拉格朗日法与欧拉法说明及纤维过滤器常见模型59-61
• 5.1.1 拉格朗日法与欧拉法区别59
• 5.1.2 纤维过滤器常见公式模型59-61
• 5.2 数值模型及边界条件61-63
• 5.2.1 模型描述61
• 5.2.2 模型区域和边界条件61-62
• 5.2.3 网格划分62-63
• 5.2.4 FLUENT处理注意问题63
• 5.3 结果分析与讨论63-77
• 5.3.1 与理论对比63-64
• 5.3.2 过滤风速对过滤性能的影响64-68
• 5.3.3 填充率对过滤性能影响68-71
• 5.3.4 纤维直径对过滤性能影响71-75
• 5.3.5 粒径对过滤性能影响75-77
• 5.4 公式归纳总结77-79
• 5.4.1 随机纤维压力损失公式总结77
• 5.4.2 随机纤维捕集效率公式总结77-79
• 5.5 本章小结79-81
• 第六章 结论与展望81-83
• 6.1 课题结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-89
• 攻读学位期间发表的学术论文目录89-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 付海明,沈恒根;纤维过滤介质捕集效率数学模型的研究[J];东华大学学报(自然科学版);2004年03期

2 付海明,沈恒根;纤维过滤器过滤理论的研究进展[J];中国粉体技术;2003年01期

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