复合式新型静电空气过滤系统的实验和数值模拟研究

摘要

空气电晕放电技术是空气过滤器效率提升手段之一。将电晕放电和空气滤料相结合，可以在不增加滤料压降的前提下提升其过滤效率。本文发展了两套新型复合式静电过滤系统，搭建实验测试平台测量了其过滤特性，包括效率，压降，能耗等。本文还发展了理论模型和数值模型以预测静电过滤系统的实际性能，为系统设计提供重要方法。主要贡献与创新如下所示： (1)本研究发展了两套复合式新型静电空气过滤系统。一个是针尖-滤料-接地金属丝网系统，一个是静电除尘器和空气滤料串联过滤系统。电晕放电可以使空气滤料过滤效率有显著提升。尽管采用电晕放电技术，系统臭氧产生量很低。在保证高过滤效率的前提下系统的臭氧浓度最高增加值较低，满足设计标准。复合式新型空气静电过滤系统的质量参数高于传统的具有相似过滤效率的中高效过滤器。本研究发展了理论模型以计算复合式静电空气过滤系统的效率，模型和实验效率值有较好的比对。 (2)本研究采用实验的方法探究了针尖-滤料-接地极板系统的电特性。位于电晕电场中的空气滤料紧紧贴在极板之上，对于系统放电有重要的影响。在针尖-滤料-接地极板系统中，滤料的存在一方面增加了系统电阻，降低放电电流；另一方面滤料内部产生局部放电，可以提升针尖-滤料-极板系统的整体电流。基于反电晕理论，本研究还发展了一套理论模型以预测针尖-滤料-接地极板系统的伏安特性。实测结果和模拟结果有较好的比对。 (3)本研究开发了复合式静电空气过滤系统的多物理场模型，包括电晕电场，空气流场以及颗粒浓度场。颗粒会在电晕电场中荷电，并在空气拖曳力和电场力的作用下运动到滤料中被过滤掉。本研究首先模拟了采用平板滤料的复合静电空气过滤系统，模拟结果和实测结果有较好的比对。基于经过验证的数值模型，本研究探究了复合式新型静电褶皱空气过滤系统的过滤性能，考虑了不同系统参数对于整体过滤效率的影响，包括褶皱结构，放电电压等。根据此模型，可以进行实际静电过滤系统的设计。

目录

声明

第1章 研究背景与研究目标

1.1 背景介绍

1.2 研究现状

1.3 研究内容

第2章 电晕电场中滤料电特性的研究

2.1 电晕电场中滤料电特性的实验研究

2.2 针尖-滤料-极板系统中电流预测模型

2.3 本章结论

第3章 复合静电空气过滤系统实验和理论研究

3.1 针尖-滤料-接地极板过滤系统实验和理论研究

3.2 电除尘器和纤维滤料串联耦合式过滤系统实验和理论研究

3.3 本章结论

第4章 褶皱纤维过滤器内部流场和颗粒沉积模型研究

4.1 褶皱纤维过滤器内部流场实验和数值模拟研究

4.2 褶皱纤维过滤器表层过滤数值模拟研究

4.3 褶皱纤维过滤器内部过滤数值模型

4.4 本章结论

第5章 复合静电空气过滤系统数值模拟研究

5.1 复合静电空气过滤系统数值模拟方法介绍

5.2 复合静电空气过滤系统算例设置

5.3 复合静电空气过滤系统模拟和实验结果的比对

5.4 静电增强型褶皱空气过滤器的模拟结果

5.5 本章结论

第6章 主要结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢