基于光纤技术的纳米TiO2空气净化装置数值模拟

摘要

当代建筑多采用封闭式装修,装修材料和家具散出甲醛、氨、苯、各种颗粒物和生物污染物等挥发性有机化合物,因此室内空气净化技术越来越多受到人们的重视,本文就分析了一种基于光纤技术的纳米TiO2光催化降解空气中有机污染物的机理,引入了一种新型的空气净化装置——mopfan,并且对该装置进行了简化,进行了气固两相流和壁面化学反应的数值分析。
　　常见的光催化净化空气实验都是有机颗粒物沿着光纤的方向流动而与光纤的碰撞极少,且实验都未对有机颗粒物在装置中的反应过程及分布进行数值模拟,本文的主要创新点在于有机颗粒物横掠光纤与其发生碰撞,在多次碰撞过程中发生催化反应,且创新性的对有机颗粒物在装置中的催化反应进行了简化模拟。
　　对于边界条件的设置,文中主要使用了四种边界条件,分别是速度进口条件,自由出流边界条件,压力出口边界条件和壁面边界条件,其中在离散相模拟和壁面化学反应中使用速度进口边界条件,自由出流边界条件使用在离散相碰撞模拟中,压力出口边界条件使用在壁面化学反应的出口条件中,其他所有边界设置为壁面边界条件,默认设置为无滑移条件。
　　论文采用CFD软件从不同光纤排列、不同光纤直径、不同进口速度等几个角度对气体颗粒物与光纤碰撞后的轨迹及残留时间进行了模拟,得到了最佳光纤排列模型和排列间距。论文还对采用用户定义的化学反应机制,类比于有机颗粒物(煤粉)燃烧化学反应,用通用有限速率模型对装置中的光催化放映进行了模拟,得到了优化的光纤直径和光纤间距模型。

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1绪论

1.1 常见空气净化方法

1.2光催化技术国内外发展现状

1.3本文主要研究内容

2 基于光纤技术的TiO2空气净化理论

2.1 光催化化学理论

2.2光纤技术原理

2.3数值计算理论

2.4 FLUENT化学反应模型

2.5本章小结

3净化装置模型的建立及处理

3.1装置模型的选取

3.2 CFD网格前处理理论准备

3.3 边界条件的设置

3.4本章小结

4数值模拟结果及分析

4.1 离散相颗粒物与光纤碰撞模拟

4.2入射颗粒物壁面化学反应模拟

4.3本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2 展望

致谢

参考文献