电除尘器内气固两相流流场的数值模拟研究

摘要

随着新修订的污染物排放标准的颁布,电除尘器面临着前所未有的压力和挑战。如何经济、有效地提高除尘效率,降低粉尘排放量,成为电除尘工作者研究的热点问题。电除尘器内气流和粉尘颗粒的分布是影响电除尘器除尘效率的重要因素之一,为了能比较精确地计算电除尘器内气流和粉尘颗粒的分布,本文利用计算流体动力学软件对电除尘器内部气固两相流流场进行仿真模拟,得到了其合理的计算方法及规律,为电除尘器的气流分布装置的设计、调整和改造提供计算依据,在达到粉尘减排目标的前提下,也能降低工程投资且缩短工程周期,同时对提高电除尘器的环境效益、社会效益和经济效益均有重要的意义。本文在全面分析前人关于电除尘器内部流场和粉尘运动基本理论的基础上,系统的研究了FLUENT数值计算软件在电除尘器内流场计算中的应用。以西安理工大学大气污染控制实验室电除尘器模型为研究对象进行数值模拟,建立了三维几何模型并进行了网格划分；运用欧拉—拉格朗日方法,对连续相采用κ-ε标准模型和壁面函数法；对离散相采用离散项模型和随机游走模型,进行双相耦合计算。通过对不同电场风速、不同粉尘密度条件下的多次计算,确定了边界条件的选取方法。在此基础上,本文又分别在未加入粉尘、加入粉尘浓度为10g/m3和加入粉尘浓度为20g/m3的条件下,对电除尘器内部流场进行了数值模拟分析。对比和分析三种条件下的计算结果,发现粉尘颗粒在电除尘器内的运动对电场区气流分布没有明显的影响。本课题最终探索出一套适合电除尘器内气固两相流流场数值模拟的计算方法。数值模拟结果表明本模拟方法具有一定的可靠性,可以为电除尘器的设计和改造提供计算依据,并有效的提高电除尘器的除尘效率。总之,本文应用了FLUENT数值计算软件,对电除尘内气固两相流流场进行数值模拟,为将来的电除尘器研究特别是内部两相流流场的数值模拟研究工作提供了借鉴。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 气固两相流数值模拟研究的现状

1.3 研究目的和意义

1.4 研究方法和研究内容

2 电除尘器内部多相流流场的研究进展

2.1 气流均匀分布理论

2.2 粉尘的运动状态

2.2.1 紊流理论

2.2.2 静电传输与紊流扩散模型

2.2.3 静电传输与紊流掺混理论

3 电除尘器内气固两相流的数值模拟研究方法

3.1 数值计算方法

3.1.1 欧拉—欧拉方法

3.1.2 欧拉—拉格朗日方法

3.2 连续相的数值计算方法

3.2.1 数值模拟方法

3.2.2 湍流模型

3.2.3 控制方程

3.2.4 湍流的近壁处理

3.3 离散相的数值计算方法

3.3.1 颗粒的运动方程

3.3.2 颗粒的湍流扩散

3.4 微分方程的离散求解

3.4.1 微分方程的离散格式

3.4.3 离散方程的迭代求解

3.4.4 收敛判据

4 电除尘器内气固两相流的数值计算及分析

4.1 几何模型的建立

4.1.1 物理模型的基本参数

4.1.2 数值几何模型的建立

4.2 计算网格的划分

4.2.1 计算网格的基本类型

4.2.2 计算网格的选择和划分

4.3 数值模拟模型的建立

4.3.1 连续相边界条件的设定

4.3.2 离散相初始及边界条件的设定

4.4 数值模拟结果及分析

4.4.1 两相流的数值计算

4.4.2 粉尘运动对气流分布的影响

4.4.3 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 问题与展望

致谢

参考文献

附录