基于群体平衡模型的燃煤超细颗粒物聚团研究

摘要

在中国的大多数主要城市空气中的颗粒物现在超过二氧化硫和氮氧化物成为主要的城市污染物。燃煤发电厂排放的飞灰颗粒是空气中 PM2.5的主要来源之一。飞灰颗粒会引起各种问题，特别是环境和健康问题。由于燃煤烟气细颗粒物所带来的严重危害，如何高效的将其捕集是当前的热点与重点。
　　本文研究颗粒不同聚团机理模型对颗粒湍流聚团过程的影响。基于FLUENT软件UDF功能自定义聚团核，考虑颗粒间排斥势能Umax和流体力学作用力对聚并率的影响，引入捕集效率f(α)对聚团核进行修正，构建新的修正湍流聚并模型，并将该模型与传统湍流聚并模型进行比较。通过群体平衡模型耦合CFD对颗粒聚团过程进行数值模拟。
　　对旋风分离器除尘器内超细颗粒物聚团过程进行研究，为了得到颗粒聚团对旋风分离器分离性能的影响，在不同入口颗粒浓度与入口气速下研究其对分离效率的影响。采用雷诺应力模型(RSM)计算湍流流场，通过群体平衡模型(PBM)耦合CFD对颗粒相进行数值计算。研究结果表明：时间为2s时，旋风分离器内的聚团作用已经趋于稳定，颗粒粒径在1.5μm到3μm范围的颗粒在旋风分离器内基本无法被捕集，而粒径大于5μm的颗粒其分离效率接近于100％；随着入口颗粒浓度的增加，总体分离效率增加，而增加入口气体速度，对分离效率的影响并不是很大。
　　对新型湍流聚并器超细颗粒聚团机理进行研究，为提高其捕集效率的一种方法是增加飞灰颗粒的尺寸，即在通过静电除尘器或袋式除尘器之前通过物理或化学作用提高亚微米级颗粒聚团。湍流聚团由于其操作简单、投资少、运营成本低，在各种新技术中有更好的发展前景。湍流聚并器是通过气流中颗粒之间的湍流而引起颗粒碰撞过程的增加，湍流导致颗粒相互之间速度的差异，提高颗粒间物理碰撞作用从而形成超细颗粒的聚团。通过群体平衡模型耦合CFD对颗粒聚团过程进行数值模拟。结果表明：通过对理想湍流聚并模型和修正湍流聚并模型与实验结果的对比，理想湍流聚并模型的误差在8%左右，而修正湍流聚并模型误差仅有3%，修正湍流聚并模型与实验结果吻合。布朗聚并对粒径小于2μm颗粒有明显减少作用，布朗聚并在湍流聚并中不可以忽略，修正湍流聚并耦合布朗聚并模型基本与实验结果吻合。

目录

主要符号表

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第2章 气固两相欧拉-群体平衡模型耦合模型

2.1 群体平衡模型2.1.1 模型简介

2.2 欧拉多相流模型2.2.1 控制方程

2.3 欧拉-群体平衡模型耦合模型

2.4 本章小结

第3章 旋风分离器内细颗粒气固两相流流动的研究

3.1 引言

3.2 数学模型、数值方法和边界条件

3.3 结果和分析

3.4 本章小结

第4章 湍流聚并器内细颗粒气固两相流流动的研究

4.1 引言

4.2 数学模型、数值方法和边界条件4.2.1 物理模型

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文

声明

致谢