多种颗粒源的声波团聚实验研究与模拟
发布时间：2020-04-16 20:09
【摘要】：近些年来,随着经济快速增长,化石燃料消耗量加大,燃烧产生的颗粒物已经成为大气污染的主要来源之一。尤其是粒径小于2.5μm的细颗粒物,对环境和人体都会产生巨大的危害,已经引起全社会的持续关注。在这样的背景下,我国对于颗粒物排放的标准日益严格,而传统除尘设备对于细颗粒的脱除效率并不理想,因此需要研究气溶胶预处理技术,使得颗粒物团聚长大为粒径更大的颗粒物,从而提高后续除尘设备的脱除效率。声波团聚就是一种有研究价值的颗粒物预处理技术。声波团聚是利用高强声波对气溶胶进行作用,使得颗粒物在声波携带作用下振动,从而发生相对运动,增强颗粒间的碰撞团聚长大。关于声波团聚的研究较为丰富,但对机理的研究还不完善,实验研究更多地也只限定于实验室,而没有得到实际应用,关于声波频率等关键参数也存在争议。针对种种问题,本文展开了与声波团聚相关的机理和实验研究。首先,应用声波的携带机理对声场中的颗粒物的运动规律进行了计算,得到声压级、声波频率、颗粒粒径以及声场形式等因素对颗粒振动的影响；然后搭建了可视化高速摄影实验平台,对DEHs(癸二酸二异辛酯)颗粒在声场中振动过程进行拍摄,通过高帧频得到颗粒物在振动周期内的位置变化,标定计算得到的颗粒速度变化规律与计算值有很好的吻合。然后,针对颗粒物的声波团聚特性,进行了以下实验研究：采用不同粒径分布的DEHs单分散气溶胶和半山电厂飞灰多分散气溶胶作为颗粒源,分别研究了声波团聚的特性。在单分散气溶胶声波团聚中,采用了0.2μm、0.5μm和2μm三种粒径的DEHs颗粒,实验发现,亚微米级的颗粒物声波团聚的效果并不是很好,而对2μm的颗粒物,声波的效果较为明显,最佳频率在1400Hz～1600Hz,而声压级越大,声波团聚的效果越好。在多分散气溶胶声波团聚实验中,对比研究了行波场和驻波场,发现同等声压级条件下,驻波场的声波团聚效果要优于行波场。通过激光粒度仪在线检测方法,检测了半山电厂飞灰颗粒物全粒径段分布在声波作用下的变化情况,发现随着声压级的增大,粒径分布有着向大粒径段长大的趋势,验证了颗粒物在声场中浓度减少是因为团聚长大成了粒径更大的团聚体。然后将声场和自制的静电除尘器、布袋除尘器分别连接,通过ELPI在线检测系统测量除尘器出口在有无声场作用时的气溶胶的浓度和粒径分布,来研究声波团聚对传统除尘器的增益作用,实验发现,在1400Hz,148dB的工况条件下,静电除尘器对PM1o的质量浓度脱除效率从89.05%提高到了99.28%,布袋除尘器则从91.29%提高到了99.19%。研究了声波团聚联合喷雾共同作用对颗粒物的影响。采用嘉兴电厂飞灰作为颗粒源,选取了水、SDBS,TX100两种表面活性剂以及XTG、PG和CMC三种团聚剂作为不同的喷雾源,研究了声场参数、喷雾量、表面活性剂浓度以及团聚剂种类对声场和喷雾联合作用效果的影响。实验发现,对于较细的颗粒源,最佳声波频率为1000Hz；喷雾量越大,颗粒物数目浓度减少越多；表面活性剂的浓度存在最佳值；而三种团聚剂中,CMC与声波共同作用的效果最好。其次,考虑多种声波团聚机理,包括同向团聚、声波尾流效应、共辐射压和布朗运动，通过计算团聚核函数来比较研究不同机理在声波团聚中的作用大小,以及颗粒粒径、声压级、声波频率对团聚核函数的影响,验证了同向团聚作用是最主要的团聚机理。在此基础上,用分组法模型对气溶胶团聚的动力学方程进行求解,计算不同声场条件下颗粒物浓度和粒径分布的变化情况,分析了不同因素的影响规律,并与实验结果有较好的吻合。最后,提出了基于声波团聚的多场协同团聚实验系统的设计方案,以期通过不同方法的协同使用,提高颗粒物的团聚效率。
【图文】：
逡逑图２．１颗粒物在声扬中运动可视化观测实验平台逡逑巧巧驴巧宏逡逑——逡逑ｆ￣－￣｛逦巧芋邋＿邋ｉＶＡ逡逑／＿於大巧邋￣邋化３＿巧逡逑９ｉ’ｉ巧巧逡逑口逡逑讯邋￥去逦Ｉ邋｜ｊ＝＝＝＝ｉ｜Ｐ；逡逑给邋＊：ＨＬ逦巧；逦－邋■逡逑＿＾屶逦Ｉ逦￣逡逑山邋■击逦￣—邋Ｕ‘山Ｉ逦逡逑＂＾ｉＴｉｗ邋＾逦。巧；＾逦逦邋．逡逑—Ｊ邋／邋＼邋／邋＼邋＇逦Ｉ逡逑Ｈ邋７逦柏玲逡逑淹是逦踩：Ｌ器逡逑计Ｉ逦邋邋Ｕ逡逑逦逦＜＾，｜以护’；：巧逦—Ｉ￣１逦）逡逑＿｜邋Ｊ逦逦＾逦邋ＶｉＺｉｉ逡逑＆Ｋ化逦＼＿Ａ＿／ｕ／Ｖｖ逡逑图２．２颗粒物声波团聚实验平合逡逑２N１气溶胶发生系统逡逑本文中使用的气溶胶发生系统有两种。在实验系统一中使用的是ＰＡＬＡＳ凝逡逑聚式单分散气溶胶发生器，在实验系统二中使用的是振动给料系统。逡逑ＰＡＬＡＳ凝聚式单分散气／溶胶发生器如图２．３所示。其内部主要包含五个部分：逡逑晶核源、蒸发器、冷凝器。首先通过一般的喷雾发生器产生晶核源，晶核经过装逡逑有气溶胶物质的蒸发器时，周围充满气态气溶胶物质，随后进入冷凝器，在这一逡逑过程中，气态气溶胶物质在晶核表面冷凝长大，通过控制冷凝温度及流量，最终逡逑输出一定浓度的单分散每溶胶颗粒。本文中使用的是高纯氮气鼓泡氯化钥溶液，逡逑产生l#化钢溶液液滴，这些液滴蒸千后形成l#化钢颗粒作为晶核。＾溶胶物质使逡逑用的是ＤＥＨｓ
逦２４０逡逑温度／Ｘ逡逑图２．４单分散气溶胶发生器凝聚温度与生成楩粒粒径的关系逡逑单分散气溶胶发生器生成的颗粒物粒_懹肽畚露扔泄亍Ｍ迹玻此疚瞧麇义铣谈龅奈露扔肟帕Ａ＞豆叵登杀甓ń峁桑卓吹降蹦畚露却樱保矗啊茫玻常担翦义媳浠保靡瞧骺煞⑸目帕Ａ＞斗段埃福叮福蓿恚臁ｅ义鲜笛橄低扯惺褂玫恼穸舷低辰峁谷缤迹玻邓尽Ｏ低持惺褂玫恼穸义狭匣滴锢缤迹玻端尽Ｋ墓ぷ髟硎峭ü缏ё饔檬沟酶匣穸义掀浠叶分械幕彝ü穸刈挪啾叩幕沸涡泵嬖硕匠隹诖Α３隹诹拥氖俏那鹄镥义瞎苤屑恰ⅲ艿乐械钠魍ü飧鑫恢檬逼菇档停魉僭龃螅月湎碌幕揖哂辛煎义虾玫幕旌戏稚⒆饔茫佣诤笮某两抵现行纬膳ǘ任榷ǖ钠芙骸ｅ义希保峰义
本文编号：2629979
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