基于磁电分级凝并的粉尘除尘建模及仿真研究

摘要

电除尘的瓶颈是对细微粒子PM2.5除尘效率低。一种有效的方法是让粒子先经过聚合器，通过凝并使细微粒子的粒径增大，再进入除尘器，以提高其除尘效率。基于交流(AC)电场凝并的电除尘器对细微粒子的除尘效率比较高，但AC电场聚合器得消耗比较多的电能，为了降低能耗并保持相当的凝并系数，本文首次提出了磁电分级凝并聚合方法。 磁电分级凝并聚合器是指聚合器的前半段为永磁铁产生的磁场，后半段为AC电场。增加了磁场凝并环节，减少AC电场长度为原来的一半，进而减少30％～50％的电能消耗。对此，本文建立了荷电—磁电分级凝并—除尘总效率数学模型，即除尘效率与粒子凝并前中位径数学关系模型，对以下两种情况从除尘效率和能耗方面进行对比分析:1、聚合器前半段为长度1米的磁场，后半段为长度1米的AC电场。2、整段聚合器为长度2米的AC电场。本文的主要工作和创新成果如下: 1.针对AC电场的能耗问题，首次提出磁电分级凝并的方法，建立了荷电—磁电分级凝并—除尘总效率数学模型。对于本文模型，仿真分析得出:密度小于1.4 g/cm3的粒子，磁电分级凝并情况下的除尘效率高于同样长度AC电场凝并情况下的除尘效率。 2.对于弱磁性粉尘磁凝并效果差的问题，本文针对非磁性和弱磁性的非金属粒子，首次提出了带电粒子在磁场洛伦兹力作用下凝并的方法。建立了相应凝并模型，求出了凝并系数表达式。通过仿真得出，PM2.5的磁场凝并系数与AC电场凝并系数数量级都是10-12 m3/s。 3.利用求出的凝并系数，再研究带正负相反电荷（异极性）粒子在凝并时数量浓度衰减率函数和粒度分布函数，求出荷电—凝并—除尘总效率表达式，研究了其与凝并参数之间的关系。分析得出，针对本文模型，当粒子的密度为2 g/cm3时，相对于无凝并情况，若增加AC电场凝并环节，PM2.5的除尘效率提高27％左右;若增加磁场凝并环节，PM2.5除尘效率提高21％左右;若增加磁电分级凝并环节，PM2.5除尘效率提高25％左右。 4.用多依奇除尘效率理论公式计算的除尘效率与实际效率存在偏差，所以荷电—凝并—除尘数学模型中除尘部分我们用Fluent软件进行数值模拟。通过将荷电—凝并—除尘总效率表达式仿真结果与数值模拟结果相对比可知，荷电—凝并—除尘总效率表达式仿真结果大致趋势是正确的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 研究的特色与创新

1．4 论文的主要内容与结构安排

第2章 凝并系数

2．1 基于磁电分级凝并的除尘模型

2．2 粒子荷电数学模型

2．3 交流电场中粒子的凝并

2．3．1 凝并系数数学模型

2．3．2 仿真分析

2．4 磁场中带电粒子的凝并

2．4．1 凝并系数数学模型

2．4．2 仿真分析

2．5 小结

第3章 荷电—凝并—除尘总效率

3．1 数学模型

3．1．1 异极性荷电粒子在凝并时数量浓度衰减率数学模型

3．1．2 异极性荷电粒子在凝并过程中粒度分布函数

3．1．3 荷电—凝并—除尘总效率

3．2 基于磁场凝并的除尘仿真

3．2．1 凝并前后粒子中位径变化仿真分析

3．2．2 荷电—磁场凝并—除尘总效率仿真分析

3．3 基于交流电场凝并的除尘仿真

3．3．1 凝并前后粒子中位径变化仿真分析

3．3．2 荷电—AC电场凝并—除尘总效率仿真分析

3．4 基于磁电分级凝并的除尘仿真

3．5 能耗分析

3．6 小结

第4章 电除尘器的数值模型与Fluent仿真

4．1 物理模型

4．2 理论模型

4．2．1 电场

4．2．2 气体流场

4．2．3 颗粒动力场

4．3 Fluent数值仿真

4．3．1 边界条件

4．3．2 数值方法

4．3．3 除尘效率的计算

4．4 结果与分析

4．5 小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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