新型双涡旋极板电除尘器数值模拟及实验研究

发布时间：2017-10-08 02:32

  本文关键词：新型双涡旋极板电除尘器数值模拟及实验研究

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【摘要】：大气污染问题日益严重,目前已经严重影响到了人们的身体健康和日常生活。微细粉尘,尤其是PM10以下的粉尘对人体健康危害更大。针对这些粉尘污染的治理,最常用的设备为电除尘器,但是现有电除尘设备通常存在着离子浓度低,粉尘粒子荷电凝并率低等一系列问题,并没有从根本上解决微细粉尘去除效率低等一系列问题。为了解决电除尘器超微细粉尘去除效率低、设计参数不足等问题,本文引入了一种新型双涡旋极板电除尘器,并对其除尘特性进行仿真模拟和实验研究。该种新型除尘器采用具有改进折点弧度的双涡旋形收尘极板,其极板垂直于气流方向放置,每排极板前面加了一排电极,弥补了以往设计中由于电极与极板间的距离过大而造成的部分区域电场强度较弱的问题。该新型除尘器性能优势十分明显,对微细粉尘的捕集效果良好。其提高微细粉尘的去除效率主要体现在两个方面:一是可以提高离子浓度、增加粉尘粒子荷电凝并率,二是能够增加颗粒停留时间和碰撞几率。本文采用ANSYS14.0中FLUENT流体仿真软件对该电除尘器进行数值模拟计算,首次采用用户自定义函数UDF在模拟过程中加载上电场力作用。进而对该新型电除尘器进行了流场、电场、重力场等各种因素作用下的数值模拟研究,使研究更加完整、科学、准确。并且针对数值计算进行相应的实验研究,对模拟结果进行验证。数值模拟和实验研究为除尘器设计研究和工业应用提供了重要的的参数和依据。本文主要通过理论分析、仿真模拟和实验研究三个部分对新型双涡旋极板电除尘器进行研究。研究过程为:(1)进行相应理论分析研究,为仿真模拟和实验研究提供理论基础;(2)对新型双涡旋极板电除尘器的连续相流场进行模拟计算、对该除尘器的连续相与离散相的耦合进行模拟计算;(3)根据数值模拟计算,设计相应的实验研究,通过实验研究对模拟计算的结果进行检验和论证。主要研究结果如下:(1)连续相流场的模拟结果表明:随着入口平均风速的提高,除尘器内部压力损失不断增加,当除尘器入口风速提高到3 m/s时,压力损失为260帕左右,仍低于中阻力除尘设备的压力损失,能够满足除尘设备的设计要求。当H为14mm,d为110 mm时,收尘区域能形成较为良好的涡旋气流,大大增加了粉尘颗粒在除尘区域的停留时间,同时能够增加粉尘粒子的碰撞几率。v控制在3 m/s以下时,极板附近区域的气流速度都比较低。挡板以45°放置时,挡板右上方湍流较为剧烈,左下方湍流强度较低,能够有效防止二次扬尘。H为14 mm、d为110 mm、v为3 m/s以下时除尘器性能较佳。(2)连续相与离散相的耦合计算结果表明:除尘器内颗粒轨迹呈现出较为剧烈的旋流,湍流效果良好,十分利于粉尘荷电;从追踪轨迹可以得出,此除尘器内部粉尘颗粒的轨迹呈现出较明显的螺旋状,这使得颗粒的运行距离大幅度增大,进而提高了被捕集的几率;从追踪的颗粒停留时间分布可以得出粉尘粒径越大,被捕集的时间越短;颗粒停留时间是常规除尘器的2-3倍;该除尘器除尘效率极高,对PM10的去除效率可以高达96.5%。该除尘器工作电压为18 kV-18.5kV时除尘性能较佳。(3)根据实验研究可以得出:该除尘器除尘效率极高,实验所得除尘效率比模拟所得结果略微有所降低,但与数值模拟的结果基本相吻合。d为110 mm、P为18 kV、H为14 mm、v为3 m/s左右,新型双涡旋极板电除尘除尘性能较佳。
【关键词】：双涡旋极板 电除尘器 数值计算 FLUENT UDF 验证实验
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701.2
【目录】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 静电除尘技术发展现状12-18
• 1.2.1 常规电除尘器的发展13-15
• 1.2.2 横向极板电除尘器的发展15-17
• 1.2.3 电除尘器组合技术的发展17
• 1.2.4 电除尘器数值模拟技术的发展17-18
• 1.3 课题研究的目的和意义18-19
• 1.4 课题研究内容与技术路线19-21
• 1.4.1 课题研究内容19-20
• 1.4.2 课题研究技术路线20-21
• 第2章 新型双涡旋极板电除尘器除尘理论基础21-31
• 2.1 新型双涡旋极板电除尘器除尘机理21-24
• 2.1.1 电晕放电电离21-22
• 2.1.2 粉尘荷电22-23
• 2.1.3 粉尘捕集23-24
• 2.1.4 清灰24
• 2.2 新型双涡旋极板ESP结构特点24-25
• 2.3 新型双涡旋极板电除尘器数值模拟理论基础25-30
• 2.3.1 基本控制方程26-27
• 2.3.2 CFD数值计算方法27-28
• 2.3.3 流场算法28-29
• 2.3.4 离散相模型29
• 2.3.5 用户自定义函数 (UDF)29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 新型双涡旋横向极板电除尘器数值模拟31-41
• 3.1 创建几何模型31-32
• 3.2 网格划分32-36
• 3.2.1 网格划分种类32-33
• 3.2.2 网格划分步骤33-35
• 3.2.3 指定边界类型和区域类型35-36
• 3.3 模拟计算设置36-40
• 3.3.1 求解器选型和网格的相关设置36
• 3.3.2 计算模型设置36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 数值模拟结果与分析41-56
• 4.1 连续相流场模拟计算41-48
• 4.1.1 收尘极板高度对流场特性的影响41-44
• 4.1.2 收尘极板排间距对流场特性的影响44-46
• 4.1.3 气流速度对流场特性的影响46-47
• 4.1.4 挡板对流场特性的影响47-48
• 4.2 流场连续相与离散相耦合模拟48-54
• 4.2.1 不考虑电场力影响的计算结果48-50
• 4.2.2 考虑电场力影响的计算结果50-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 除尘特性实验研究56-65
• 5.1 实验设置56-58
• 5.1.1 实验装置56-58
• 5.1.2 试验方案58
• 5.1.3 试验步骤58
• 5.2 实验结果分析58-62
• 5.2.1 排间距对除尘效率的影响58-59
• 5.2.2 气流速度对除尘效率的影响59-60
• 5.2.3 外加电压对除尘效率的影响60-61
• 5.2.4 极板高度对除尘效率的影响61-62
• 5.3 除尘效率验证实验62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 结论与展望65-68
• 6.1 结论65-66
• 6.2 课题创新点66
• 6.3 展望66-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 研究生期间发表论文74

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本文编号：991519