高梯度磁场中磁性可吸入颗粒物动力学特性研究

摘要

可吸入颗粒物的污染在国内外已经引起广泛重视，燃烧源可吸入颗粒物的形成与控制技术更是备受广大科研工作者的关注。化石燃料的燃烧是大气颗粒物主要排放源，进行燃烧源可吸入颗粒物的动力学特性的研究已十分必要。众多的研究表明，作为主要污染源的电站其飞灰中含大量磁性物质，其它排放源的排放物也都不同程度地含有磁性物质。2002年，国家科技部正式将燃烧源可吸入颗粒物的形成与控制技术基础研究纳入973计划进行立项研究，磁场中可吸入颗粒物的动力学特性研究被列为其子课题。 本文建立了试验台对磁性颗粒在高梯度磁场的动力学特性进行了试验研究。到目前为止，还缺少成熟的可吸入颗粒物微观运动特性的可视化试验研究手段，商业PIV(如TSI和DANTEC等)技术无法直接用于相应的两相流的研究中。文章中利用先进的ELPI对同时加磁场与铁磁格栅前后经过磁场试验段的颗粒物浓度进行在线测量，并以此为基础，从气溶胶流量、外加磁场磁通密度、格栅组成铁磁性金属丝的饱和磁化强度和丝径及格栅排数等方面分析其对颗粒物在磁场中运动的影响规律。结果表明：减小气溶胶流量，增加外加均匀磁场的磁通密度，选用饱和磁化强度大的铁磁性金属丝组成格栅，减小金属丝的直径和增加格栅的排数都可以使格栅对颗粒物的捕集能力得以提高。 文中应用Femlab多重物理场耦合分析软件对磁场试验段内的颗粒运动特性建立数学模型进行了数值研究。利用软件的网格生成功能进行计算域的网格划分，采用非结构化三角形网格；静磁场采用2次Lagrange算法，流场的计算采用Lagrange-P<,2>P<,1>算法。借助软件的数值模拟，进行了磁场、流场和颗粒场的可视化研究，弥补了试验中无法实现可视化的不足。同时还利用模型对颗粒的运动进行了定性、定量分析，在与试验值比较后发现，数值模拟结果与试验值所反映的趋势是一致的。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2本文的研究内容

1.3本章小结

参考文献

第二章文献综述

2.1可吸入颗粒物的来源

2.2可吸入颗粒物的理化性质与危害

2.2.1颗粒物直径的大小

2.2.2可吸入颗粒物的粒径分布

2.2.3可吸入颗粒物的化学性质

2.2.4可吸入颗粒物的危害

2.3国内外有关可吸入颗粒物的研究

2.3.1可吸入颗粒物的源解析

2.3.2可吸入颗粒物的产生机理

2.3.3可吸入颗粒物的控制技术

2.4高梯度磁分离技术在环境工程中的应用

2.4.1已有的研究

2.4.2目前尚存在的问题

2.5本课题的主攻方向

2.6本章小结

参考文献

第三章高梯度磁场中磁性可吸入颗粒物脱除的试验研究

3.1试验原理

3.2试验装置

3.2.1气溶胶发生装置与工作原理

3.2.2磁场试验段

3.3试验测试系统

3.3.1电感式低压冲击微粒分径仪

3.3.2振动样品磁强计

3.3.3特斯拉计

3.4试验方法

3.5试验结果及讨论分析

3.5.1外加磁场磁通密度对磁性可吸入颗粒物脱除的影响

3.5.2格栅排数对可吸入颗粒物脱除的影响

3.5.3气溶胶流量对可吸入颗粒物脱除的影响

3.5.4铁磁性金属丝直径对可吸入颗粒物脱除的影响

3.5.5不同磁性可吸入颗粒物脱除性能对比

3.5.6外加磁场作用时间对可吸入颗粒物脱除的影响

3.5.7影响高梯度磁场中磁性可吸入颗粒物脱除的其它因素分析

3.6本章小结

参考文献

第四章高梯度磁场中磁性可吸入颗粒物的动力学模型研究

4.1单丝几何模型

4.1.1高梯度磁场的产生

4.1.2单丝几何模型

4.2磁场

4.3气相流动

4.4颗粒物的运动方程

4.4.1颗粒物受到的作用力

4.4.2颗粒物运动方程的解

4.5本章小结

参考文献

第五章磁性可吸入颗粒物在高梯度磁场中运动的数值模拟

5.1 Femlab软件简介

5.2耦合场的数值模拟

5.2.1有限元模型及网格划分

5.2.2计算结果及分析

5.3试验、模拟结果的分析对比

5.4本章小结

参考文献

第六章结论与建议

6.1全文总结

6.2建议

致 谢

作者在读期间发表的论文