声波团聚中团聚体颗粒曳力及尾流效应的研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bj_mark001
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我国雾霾问题一直是环境保护领域关注的重点,其主要是由工业生产排放的可吸入颗粒物引发的,包括PM10和PM2.5。工业上采用的传统除尘设备对可吸入颗粒物的脱除效率低,通过预处理可以提高除尘效果,其中声波团聚技术是目前较有潜力的一项预处理措施。细颗粒物在声场中受到的作用力主要是气流曳力,同时尾流效应是声波团聚的重要机理。鉴于此,本文对细颗粒物曳力及尾流效应团聚机理进行了研究。本文搭建了落球法测颗粒曳力实验台,采用玻璃小球模拟气溶胶颗粒沉降,从而获得颗粒曳力修正系数。工作介质则选用粘性较大的甘油。同时采用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件对细颗粒物曳力及尾流效应进行模拟研究。首先,研究了一些无量纲系数对曳力修正系数的影响。实验结果表明,团聚体的曳力修正系数随粒径比的增长呈直线增大关系。对于矩形团聚体,曳力修正系数与长宽比呈反比关系。针对一些特殊形状团聚体进行实验,发现曳力修正系数随着团聚体自身夹角的增大而增大,此外,曳力修正系数随着团聚体与流场夹角的增大而呈直线增长的趋势。团聚体的颗粒数与团聚体曳力修正系数呈直线正相关的关系,而团聚体分散度与曳力修正系数呈反比关系。对于不规则团聚体,曳力修正系数随着团聚体分形维数的增大而逐渐减小。然后,针对尾流效应机理进行数值模拟研究,结果显示:当颗粒连线与声场夹角为0°30°时,颗粒之间相互吸引,随着颗粒间距减小,聚合速度先增大再减小,同时0°工况耗时比30°工况耗时短。当颗粒连线与声场夹角为60°90°时,颗粒之间相互排斥,颗粒聚合速度随间距的增大而减小,颗粒间距离大到100μm时,减小趋势开始平缓,且颗粒与声场夹角越大,颗粒相互排斥速度越快。此外,针对声波频率和声振速幅值对尾流效应的影响进行模拟。当声振速幅值相同时,声波频率越大,颗粒之间聚合速度就越大。同样,当声波频率相同时,声振速幅值越大,聚合速度也越大。
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