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《华中科技大学》 2009年
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超细颗粒物微观团聚机理数值模拟研究

张凯  
【摘要】:燃煤电厂现有除尘设备对超细颗粒物(PM2.5)的脱除效率较低,大量超细颗粒物排放到大气中造成环境严重污染。同时超细颗粒物富集多种重金属化合物,对人类的健康和生态环境产生的危害更大。由此所带来的严重环境污染问题已引起了国内外的广泛关注。采用化学团聚促使超细颗粒物团聚长大后加以除去的方法,开辟了一条超细颗粒物的排放控制新思路。本文对超细颗粒物化学团聚微观吸附机理进行了蒙特卡罗模拟,同时对团聚室内流场进行了fluent模拟以及气-固-液多相流蒙特卡罗模拟。 首先分析蒙特卡罗算法求解团聚过程,可分为三个步骤:构造团聚虚拟颗粒和液滴过程、团聚颗粒或液滴的抽样过程、团聚颗粒粒径估计。分析团聚现象,可知团聚核函数包含吸附核、破碎核、蒸发核。此外,通过絮凝理论和团聚核函数分析,分别考虑分配和嵌入两种团聚机制,建立相应的团聚模型。 然后选用水处理中最新的絮凝模型,采用蒙特卡罗算法,考虑两种团聚作用机制,分别讨论三个微米区颗粒的团聚絮凝过程,研究颗粒尺度分布、颗粒数目和平均粒径的变化,同时考虑破碎对团聚过程的影响。结果表明,对于0.1μm颗粒,团聚后期团聚几率较小;对于1μm颗粒,即使团聚液滴较少,团聚后期团聚几率也较大;对于2.5μm颗粒,团聚剂流量不能过大,否则将降低团聚效率; 最后应用湍流流动模型,和气-液-固多相流模型分别对实验团聚室和电厂团聚室进行fluent模拟,研究团聚室内流场对团聚过程的影响。为了弥补fluent中无法加入团聚核函数,自行编辑了气-固-液多相流程序,研究了实际流动中的颗粒间团聚过程。结果表明,团聚室内喷头下方的回流区,可以使烟气和团聚液滴发生卷吸,增加颗粒和液滴的作用时间,增强团聚效果。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:X773

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