随着社会的发展和工业进程的不断加快,大气环境污染形势严峻,其中由工业排放产生的细颗粒物所导致的污染问题日益突出。然而,微米级的细颗粒物很难被传统除尘技术有效收集处理。区别于直接脱除的传统思路,细颗粒物凝并长大预处理技术可以通过电场、声场或饱和水汽场等条件使难以去除的细颗粒物粒径增大,降低其去除难度,然后再利用后续除尘手段进行高效处理。其中异质凝结长大技术通过添加水汽营造过饱和环境,能够使细颗粒物与水汽发生异质凝结从而不断长大。该技术经济性高,且不会产生二次污染,具有广阔的应用前景。目前针对颗粒凝结长大的研究主要集中在生长管等低速的非湍流场景下,水汽饱和度等影响参数通常为稳定值。而在实际工业应用场景下,流动状态多为湍流,水汽饱和度分布规律及颗粒凝结生长机制仍不明确,需要进一步研究。本课题选择文丘里管和等径圆管两种工业常见湍流管道结构,通过实验和模拟手段探讨湍流管道中的水汽分布特征及细颗粒物凝结长大规律,使细颗粒物充分凝结长大,并为异质凝结长大技术在工业湍流场景下的应用提供理论支撑。模拟研究首先选择RNGκ-ε模型模拟单相流场特征,进行湍流计算;然后结合Mixture模型和EWF模型建立水汽分布计算模型,进行水汽迁移及冷凝的计算,研究湍流管道中的水汽分布规律;最后在水汽场中加入细颗粒物,结合LPT模型与自编写的用户自定义函数进行颗粒凝结长大的模拟。为验证模型的可靠性,搭建实验平台对流场参数(流速、压降)、水汽场参数(相对湿度)及颗粒粒径进行实验测定,然后根据实验结果进行模型校核与验证;最后利用校核后的模型对两种管道中的水汽分布及颗粒长大情况进行模拟和对比研究,以得到湍流态管道中的水汽分布特征及细颗粒物凝结长大的规律。最后,为了使管道中不同位置的细颗粒物均能充分长大,从而被后续除尘技术有效脱除,在管道的进口和中心处添加三种不同结构的扰流装置,分析扰流装置对流场、水汽场及颗粒长大的影响。本课题的研究得出了以下几点主要结论:(1)当管道进口流速由6 m/s增至14 m/s时,管道整体的水汽分布没有明显变化,但流速过高会缩短颗粒的停留生长时间,出口颗粒粒径较小,不利于其凝结生长;(2)文丘里管和等径圆管中水汽均存在明显的壁冷凝现象,且由于近壁处低速边界层的存在,会抑制中心处水汽向壁面的迁移,导致近壁处出现水汽不饱和区域,无法满足颗粒冷凝生长对水汽量的需求;(3)在管道的进口和中段处添加扰流装置能够破坏低速边界层,使水汽向边壁迁移,从而消除原本近壁处颗粒无法生长的不饱和区域,显著提高管道内水汽饱和度分布的均匀性,从而使细颗粒物能够充分凝结长大,更有利于后续处理。