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燃煤和柴油机产生的可吸入颗粒物是城市大气污染的重要来源,这些颗粒物粒径小、数目多、富集多种有害物质,对环境和人体健康造成了严重的危害。但目前常规的除尘设备,如静电除尘器和旋风分离器对其清除效率都很低。声波团聚对于细颗粒的清除是一种有效和可行的方法,通过外加声波的作用,细颗粒会发生碰撞团聚长大,在很短的时间内,颗粒的分布将发生从小尺寸向大尺寸方向的演变,团聚后产生的细颗粒团聚物的平均粒径会增大,细颗粒的数目浓度会减少,这样就可以很容易地通过常规的除尘设备将其从尾部烟气中清除,从而达到控制细颗粒排放的目的。
本文通过对平面驻波声场的理论分析,自行设计并建立了外加驻波型声场条件下的燃煤和柴油机产生的可吸入颗粒物声波团聚宏观效果特性研究实验平台,并设计了水平和垂直两套实验平台,通过实验和模型计算在宏观效果方面研究了驻波声场的频率、声强、颗粒数目浓度和分布对整体清除效果的影响。
宏观实验平台主要以工业控制和清除细颗粒应用为目标,研究了燃煤和柴油机排放的可吸入颗粒物在高强声波场作用下,声波频率、停留时间、细颗粒初始浓度以及声波强度对于声波团聚前后颗粒粒径分布变化的影响和基本规律,并进行了数值计算,将数值解和实验结果进行了比较,两者变化趋势符合较好。实验和数值结果表明:对于可吸入颗粒物,提高声波强度、延长声场停留时间、增加初始颗粒浓度均有利于颗粒的团聚。