单液滴捕集细颗粒物的行为与机制研究

发布时间：2017-12-10 12:15

  本文关键词：单液滴捕集细颗粒物的行为与机制研究

  更多相关文章： 细颗粒物(PM_(2.5)) 液滴 捕集 撞击

【摘要】：湿法洗涤和湿沉降是工业过程和大气环境清除颗粒物的重要方式之一,而单液滴捕集颗粒是上述过程的基础。本文围绕细颗粒物绕流液滴时的迁移、沉积行为开展研究,探明液滴对细颗粒物的捕集机制,为开发新型工业烟尘净化技术、理解大气环境的湿沉降清除机制提供基础支持。首先,采用三维数值模拟方法,研究了惯性和热泳机制作用下颗粒的迁移行为和液滴捕集效率。研究发现在喷淋涉及到的雷诺数范围,液滴附近流动边界层存在分离且呈现非稳态和非轴对称形态。惯性机制控制下,流场振荡引起了颗粒瞬态惯性沉积和撞击速度分布、瞬态惯性捕集效率的振荡。基于颗粒惯性运动行为的研究,建立了惯性捕集效率公式。热泳机制控制下,细颗粒物的热泳运动和沉积存在多种模式。特别是当尾涡出现周期性脱落时,颗粒的热泳运动模式、被捕集颗粒的出发区域、捕集效率等参数均随流动呈非稳态变化。通过数值模拟与热泳捕集效率公式计算结果的对比,分析了传统热泳捕集效率公式计算偏差产生的原因,并对热泳捕集效率公式进行了修正。其次,采用大涡模拟研究了液滴变形对惯性和热泳捕集的影响。研究发现,液滴变形使得其对颗粒的惯性捕集效率在斯托克斯数大于0.4时增加,在斯托克斯数小于0.4时减少,变化幅度随着液滴变形程度的增加而增加。液滴变形使得其对颗粒的热泳捕集效率降低,降低幅度随着液滴变形程度的增加而增加,但与液滴表面与气体的温差无关。基于变形液滴和球形液滴捕集效率的对比分析,建立了考虑液滴变形修正的液滴惯性与热泳捕集效率的预测方法。最后,数值计算、理论分析以及实验相结合,研究了微米级疏水颗粒撞击液面后的运动行为。基于颗粒撞击液面的动力学模型,模拟了微米级疏水性颗粒撞击到液滴表面后的运动行为,分析了振荡、反弹和沉没三种运动模态下颗粒位移与受力、做功的关系,提出了区分颗粒撞击液面后运动模式的判据。通过分析判据发现,临界速度主要受表面张力系数、颗粒接触角和颗粒粒径等影响。建立了可用于拍摄微米颗粒撞击液面运动行为的实验装置,实验研究了颗粒撞击液面的过程,分析了颗粒接触角、表面张力系数对颗粒撞击后运动行为的影响。通过实验与理论计算结果的对比,验证了理论模型的准确性。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O347.7

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李莉;谈谈液滴间不溶合现象[J];现代物理知识;2000年04期

2 林志勇;彭晓峰;;振荡液滴内部流态[J];工程热物理学报;2007年02期

3 刘志鹏;徐进良;;T型微流控芯片中的液滴形成[J];微纳电子技术;2007年03期

4 孙炜;季杰;何伟;;人体呼出的污染液滴在空气中的蒸发和沉降特性[J];中国科学技术大学学报;2008年04期

5 崔洁;陈雪莉;王辅臣;龚欣;;撞击液滴形成的液膜边缘特性[J];华东理工大学学报(自然科学版);2009年06期

6 熊燃华;许明;李耀发;杨基明;罗喜胜;于勇波;赵铁柱;;液-液两相介质中液滴在冲击作用下的演变过程[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2010年06期

7 张谨奕;薄涵亮;孙玉良;王大中;;三维空间液滴运动模型[J];清华大学学报(自然科学版);2013年01期

8 李大鸣;王志超;白玲;王笑;;液滴撞击孔口附近壁面运动过程的模拟研究[J];物理学报;2013年19期

9 王琪民,苏维,王文东,王清安;用高速摄影方法研究单液滴运动[J];高速摄影与光子学;1987年03期

10 E.Blaβ ,李素琴;气泡和液滴的生成和并合[J];力学进展;1990年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 左子文;王军锋;霍元平;谢立宇;胡维维;;气流中荷电液滴演化的数值模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

2 贺丽萍;夏振炎;;低流量微管末端液滴形成及破碎的研究[A];第八届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2010年

3 熊燃华;许明;李耀发;杨基明;罗喜胜;于勇波;赵铁柱;;液-液两相介质中液滴在冲击作用下演变模式[A];第十四届全国激波与激波管学术会议论文集（下册）[C];2010年

4 刘华敏;刘赵淼;;液滴形成与下落过程分析[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年

5 郑哲敏;;液滴与液面碰撞时发生环形穿入的条件[A];郑哲敏文集[C];2004年

6 刘伟民;毕勤成;张林华;孟凡湃;薛梅;;液滴低压闪蒸形态和温度变化的研究[A];山东省暖通空调制冷2007年学术年会论文集[C];2007年

7 吕存景;;微尺度下的液滴黏附力学[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

8 陈雪;朱志强;刘秋生;;固体表面液滴热毛细迁移的实验研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

9 郭加宏;胡雷;戴世强;;液滴冲击固体表面液膜的实验和数值研究[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年

10 魏明锐;赵卫东;孔亮;沃敖波;;液滴修正零维蒸发模型的推导与分析[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 王小龙;新法可让液滴按需形成任意形状[N];科技日报;2014年

2 孙文德;液滴透镜[N];中国知识产权报;2001年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘栋;液滴碰撞及其融合过程的数值模拟研究[D];清华大学;2013年

2 周源;蒸汽爆炸中熔融金属液滴热碎化机理及模型研究[D];上海交通大学;2014年

3 张璜;多液滴运动和碰撞模型研究[D];清华大学;2015年

4 王志超;基于SPH-DEM耦合方法的液滴冲击散粒体运动机理研究[D];天津大学;2015年

5 霍元平;荷电液滴破碎机理及电流体动力学特性研究[D];江苏大学;2015年

6 范增华;基于疏水表面冷凝和振动粘着控制的微对象操作方法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

7 王兵兵;电场下液滴界面输运与传热特性的分子动力学研究[D];华北电力大学(北京);2016年

8 严启凡;流动聚焦液滴生成技术研究[D];中国科学技术大学;2016年

9 张博;液滴润湿行为与表面微纳结构关系的模拟研究[D];北京化工大学;2016年

10 饶莉;液—液分散体系中液滴的动力学行为研究[D];北京化工大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 崔艳艳;液滴撞击倾斜壁面动力学过程研究[D];大连理工大学;2010年

2 吴方;微流控系统的高通量液滴检测[D];天津理工大学;2015年

3 龚翔;电场作用下液滴的聚结特性及高压静电破乳研究[D];集美大学;2015年

4 李艳斌;工业厂房中敞口槽散发纯水液滴的蒸发和运动规律[D];西安建筑科技大学;2015年

5 张慧;液滴在随机粗糙表面的铺展动力学仿真研究[D];苏州大学;2015年

6 苏凤婷;基于单探针和液滴辅助的微构件转移方法和实验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 雷庆;液滴与疏水和超疏水固体表面作用的研究[D];北京化工大学;2015年

8 伍福璋;微米级别因素对动态接触角影响的实验研究[D];南昌大学;2015年

9 李德伟;液滴碰壁铺展与振荡的研究[D];大连理工大学;2015年

10 李志江;基于液滴喷射技术的塑料增材制造系统研究与开发[D];北京化工大学;2015年

，

本文编号：1274410