燃煤飞灰气溶胶声波团聚的理论和实验研究

发布时间：2021-08-22 01:46

　　大气中的颗粒物污染不仅影响气候,而且对人类健康造成严重危害,已经引起国际社会的广泛关注,其中毒性最大的是PM2.5。为此,各国均制定了严格的空气质量标准对其进行限制。然而,目前工业生产中常见的除尘器,如静电除尘器、旋风分离器等,虽然整体除尘效率很高,但对细颗粒的捕集效率很低,因此大量PM25颗粒在工业生产中被排入大气。声波团聚是一种气溶胶预处理技术,在烟气进入除尘器前,运用高强声场进行辐射处理,在数秒的时间内,烟气中的颗粒之间发生团聚,使烟气的颗粒数目减少,平均粒径增大,能够在后续的除尘器中获得更好的除尘效率,从而达到控制细颗粒排放的目的。然而至今为止,对声波团聚技术的研究仍存在不足：声波团聚中各个操作参数对团聚的影响情况尚未完全了解,尤其是最佳团聚频率的确定,仍存在争议；对声波团聚机理的研究还不够深入,特别是同向作用团聚机理、再填充机理和声波尾流效应等；对声波团聚过程的数值模拟研究不足,已有的研究中,采用的理论模型过于简化,而数值求解的方法效率偏低,精度差。针对以上问题,本文主要从实验、团聚机理和数值模拟这几个方面展开研究工作。首先,搭建实验台架,采用燃煤飞灰作为试验气溶胶,研究各操... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：280 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
图目录
表目录
符号清单
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 声波团聚研究进展
        1.2.1 声波团聚发展概况
        1.2.2 声波团聚实验研究进展
        1.2.3 声波团聚机理研究进展
        1.2.4 声波团聚数值模拟的研究进展
    1.3 现有研究的不足之处
        1.3.1 实验研究
        1.3.2 机理研究
        1.3.3 数值模拟
    1.4 本文主要研究内容
2 实验系统及方法
    2.1 实验系统及设备
        2.1.1 给料系统
        2.1.2 声源系统
        2.1.3 声测量系统
        2.1.4 团聚室
        2.1.5 气溶胶采样及测量系统
        2.1.6 烟气净化系统
    2.2 实验方法
3 燃煤飞灰声波团聚的实验研究
    3.1 引言
    3.2 高频下声波团聚的实验研究
        3.2.1 声波作用下气溶胶粒径分布变化
        3.2.2 声压级对声波团聚的影响
        3.2.3 停留时间对声波团聚的影响
        3.2.4 初始浓度对声波团聚的影响
        3.2.5 高频下声波团聚实验结果的讨论
    3.3 低频下声波团聚的实验研究
        3.3.1 声波作用下气溶胶粒径分布变化
        3.3.2 微观形态变化
        3.3.3 频率对声波团聚的影响
        3.3.4 声压级对声波团聚的影响
        3.3.5 停留时间对声波团聚的影响
        3.3.6 初始浓度对声波团聚的影响
        3.3.7 低频下声波团聚实验结果的讨论
    3.4 声波团聚的优化研究
        3.4.1 增湿促进团聚的实验研究
        3.4.2 锯齿波促进团聚的实验研究
    3.5 声波团聚技术经济性分析
    3.6 本章小结
4 声波团聚中碰撞效率的研究
    4.1 引言
    4.2 同向团聚机理的理论模型
        4.2.1 颗粒在声场中运动及受力分析
        4.2.2 同向团聚机理的核函数
    4.3 碰撞效率计算模型
    4.4 计算结果及分析
        4.4.1 颗粒粒径的影响
        4.4.2 频率的影响
        4.4.3 声压级的影响
        4.4.4 温度的影响
    4.5 本章小结
5 声波尾流效应的研究
    5.1 引言
    5.2 声波尾流效应的数值模型
    5.3 计算结果及分析
        5.3.1 颗粒之间的夹角对声波尾流效应的影响
        5.3.2 颗粒之间距离对声波尾流效应的影响
        5.3.3 频率对声波尾流效应的影响
        5.3.4 颗粒粒径对声波尾流效应的影响
        5.3.5 声振速对声波尾流效应的影响
    5.4 数值模拟的正确性验证
        5.4.1 与Dianov的近似解比较
        5.4.2 与高速摄影实验结果比较
    5.5 声波尾流效应在声波团聚中的作用分析
        5.5.1 作为单分散相气溶胶的主要团聚机理
        5.5.2 作为同向团聚作用的再填充机理
    5.6 本章小结
6 声波团聚数值模拟研究
    6.1 引言
    6.2 声波团聚的理论模型
        6.2.1 气溶胶动力学方程
        6.2.2 声波团聚理论模型
    6.3 数值计算方法
        6.3.1 改进的分组算法
        6.3.2 时间步长的选取
    6.4 计算结果及分析
        6.4.1 气溶胶粒径分布在声场中的变化情况
        6.4.2 频率对声波团聚的影响
        6.4.3 声压级对声波团聚的影响
        6.4.4 停留时间对声波团聚的影响
        6.4.5 初始气溶胶浓度对声波团聚的影响
        6.4.6 气溶胶粒径分布的标准偏差对声波团聚的影响
    6.5 数值模拟的正确性验证
        6.5.1 与解析解的比较
        6.5.2 与实验结果比较
    6.6 本章小结
7 积分近似矩量法应用于声波团聚数值模拟的研究
    7.1 引言
    7.2 理论模型及算法
    7.3 数值模拟的准确性验证
        7.3.1 与解析解比较
        7.3.2 与分组算法比较
    7.4 计算结果及分析
        7.4.1 声场中气溶胶各阶矩量和平均粒径的变化情况
        7.4.2 各操作参数对声波团聚的影响
    7.5 本章小结
8 总结和建议
    8.1 全文总结
        8.1.1 实验研究方面
        8.1.2 机理研究方面
        8.1.3 数值模拟方面
    8.2 本文主要创新点
    8.3 不足之处及未来工作展望
参考文献
附录1 碰撞效率计算代码
附录2 声波尾流效应数值模拟代码
附录3 分组法模拟声波团聚的代码
附录4 QMOM模拟声波团聚的代码
作者简介
攻读博士期间发表的论文
后记


【参考文献】：
期刊论文
[1]频率对燃煤飞灰声波团聚影响的模型及实验验证[J]. 张光学,刘建忠,周俊虎,王洁,岑可法.  中国电机工程学报. 2009(17)
[2]燃煤飞灰低频下声波团聚的实验研究[J]. 张光学,刘建忠,周俊虎,岑可法.  化工学报. 2009(04)
[3]声波团聚脱除柴油机尾气中超细颗粒物的试验研究[J]. 陈厚涛,章汝心,曹金祥,沈湘林.  内燃机学报. 2009(02)
[4]小颗粒声波团聚中碰撞效率的计算及影响分析[J]. 张光学,刘建忠,周俊虎,岑可法.  化工学报. 2009(01)
[5]燃煤细微颗粒声波团聚的机理研究[J]. 徐鸿,骆仲泱,王鹏,徐飞,岑可法.  工程热物理学报. 2008(11)
[6]水煤浆燃烧可吸入颗粒物分布及排放规律[J]. 张光学,刘建忠,周俊虎,叶琳,张保生,岑可法.  浙江大学学报(工学版). 2008(10)
[7]燃煤飞灰超细颗粒物声波团聚清除的实验研究[J]. 陈厚涛,赵兵,徐进,沈湘林.  中国电机工程学报. 2007(35)
[8]平面冲击射流场中纳米颗粒凝结和扩散的矩积分方法(英文)[J]. 于明州,林建忠,熊红兵.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2007(06)
[9]气溶胶微粒声波团聚技术的回顾与展望[J]. 张光学,刘建忠,周俊虎,岑可法.  热力发电. 2007(11)
[10]声波团聚对燃煤电厂可吸入颗粒物的排放控制[J]. 徐鸿,骆仲泱,王鹏,徐飞,岑可法.  浙江大学学报(工学版). 2007(07)

博士论文
[1]燃煤锅炉排放小颗粒污染及声波团聚排放控制研究[D]. 徐鸿.浙江大学 2006
[2]燃煤可吸入颗粒物声波团聚[D]. 姚刚.东南大学 2006

硕士论文
[1]可吸入颗粒物在人体上呼吸道中运动沉积的数值模拟[D]. 曾敏捷.浙江大学 2005
[2]煤燃烧超细颗粒物及其重金属生成与分布特征研究[D]. 范海燕.浙江大学 2004



本文编号：3356752