碰撞恢复系数对单纤维颗粒捕集特性的影响

利用CFD-DEM耦合方法对单纤维过滤介质进行了气-固两相流的数值模拟,研究了颗粒和纤维体间碰撞恢复系数的变化对颗粒在单纤维体上的沉积及捕集特性的影响。结果表明,颗粒的粒径较小时,纤维体捕集颗粒数量较少,且颗粒较为发散,而当颗粒的粒径较大时,颗粒被纤维体捕集的数量明显增加。颗粒的捕集数量随颗粒与纤维体间的恢复系数呈先增加后减少,然后达到平稳状态的趋势,颗粒与纤维体间的恢复系数超过0.3时,颗粒的捕集效率趋向于一个稳定值。     

潮湿环境下微尺度颗粒撞击平板的动力学研究

传统除尘装置对煤燃烧排放的颗粒物存在穿透窗口,湿式静电除尘器通过喷水增湿能够显著提高其脱除效率。对于不同煤种和湿度,脱除效率存在差异。因此搭建潮湿环境下不同飞灰颗粒撞击平板实验台并建立颗粒碰撞动力学模型,探究恢复系数的变化规律。结果表明,65%湿度下无烟煤的恢复系数最小,易于捕集;随着相对湿度增加,毛细力占主导,阻尼系数、临界捕集速度和接触时间增加。     

不同排列结构的纤维层对捕集PM2.5性能影响的数值模拟

基于离散颗粒模型(Discrete Phase Model, DPM)研究了三种纤维排列结构捕集颗粒物规律。模拟了不同排列结构的纤维层在拦截和惯性碰撞两种捕集机制下捕集颗粒物的性能,考察了颗粒物粒径、入口风速和纤维层填充率对平行排列、单层垂直排列和双层垂直排列纤维层捕集颗粒物性能的影响。结果表明,当颗粒物粒径为0.5~2.5 μm,风速为0.6 m/s时,垂直纤维层捕集颗粒物对粒径为1.5 μm及以上颗粒物的捕集性能增强,捕集性能在粒径为2.0 μm时达到最大;入口风速为0.2~0.8 m/s,颗粒物粒径为2.5 μm时,单层垂直纤维层结构颗粒物捕集效率随风速增加而增加,并高于平行排列结构和双层垂直排列结构,且其捕集性能随风速增加而降低;纤维层的填充率为6.0%~22.4%,颗粒物粒径为2.5 μm时,纤维层对颗粒物的捕集效率随填充率增加而增加,捕集颗粒物性能随填充率增加而降低,单层垂直纤维层结构捕集效率始终高于另外两种结构;单层垂直纤维层结构对颗粒物的捕集速率最大。     

磁性纤维直径对捕集Fe基细颗粒影响数值模拟

为了实现对钢铁行业微细颗粒的超低排放,提出磁性纤维提高对 Fe基细颗粒物的捕集。 基于计算流体力学?离散相模型CFD-DPM对比研究了传统纤维、磁性纤维直径对Fe基细颗粒捕集效率以及过滤阻力的影响。结果表明：当风速为0.10 m/s时,对于直径为35~45 μm范围的纤维,直径的增大能够明显增加过滤阻力。对于粒径小于2.5 μm的颗粒,磁性纤维直径的增加对捕集效率提高的影响相对较小,当颗粒粒径大于2.5 μm时,增大纤维直径能够显著提高捕集效率。风速处于0.01~0.05 m/s范围时,增大纤维直径对提高磁性纤维捕集效率作用明显;当风速为0.08~0.10 m/s时,纤维直径变化对捕集效率的影响较小。磁性纤维质量因子随纤维直径增大而下降。     

并列和错列纤维过滤器稳态除尘过程的 格子Boltzmann模拟

大部分纤维捕集效率和压降的理论模型认为纤维性能仅取决于来流速度、颗粒粒径、纤维体积分数、过滤层厚度、纤维直径等因素。实际上,布袋除尘器的性能还与纤维配置方式直接相关。利用LB(lattice Boltzmann)两相流模型对多层纤维捕集颗粒物过程进行了数值模拟,研究了不同纤维配置方式下系统压降与捕集效率的变化。结果表明,错列纤维的性能参数优于并列纤维;纤维排列间距增大,压降增幅大于捕集效率,导致性能参数下降。通过比较不同位置纤维的捕集能力发现,在布朗扩散和拦截捕集机制主导下,前方纤维捕集能力略强于后方纤维;而在惯性碰撞捕集机制主导时,对捕集贡献最大的主要是前两排纤维,后方纤维对捕集效率的贡献非常小,可以忽略。这些研究结果可以对布袋除尘器的多层纤维配置方式的优化提供理论依据和工程建议。     

方形截面纤维表面气溶胶粒子多机理过滤性能数值分析

采用数值方法求解绕方形截面纤维流场,考虑粒子布朗扩散、拦截效应和惯性碰撞捕集机理的联合作用,用布朗动力学方法研究方形截面纤维的过滤性能,考察了纤维迎风角(θ)、填充率(C)和过滤风速(u?)对捕集效率、质量因子及粒子沉积分布的影响。结果表明,小粒子的扩散捕集或大粒子的惯性捕集在方形纤维表面的粒子沉积行为均表现出显著的局部沉积特征,且与粒子捕集机理和迎风角有关。方形纤维质量因子的分析结果表明,在高填充率下,方形纤维的过滤压降虽高于圆截面纤维,但具有较高的捕集效率,综合过滤性能仍明显优于圆截面纤维,但在低填充率下,方形纤维综合过滤性能劣于圆截面纤维。     

纤维对PM_(2.5)过滤性能的影响

在日常的生产和生活排放的残留物中存在许多有毒的PM2.5细颗粒物,对人体呼吸功能损害大,因此研究如何有效去除PM2.5细颗粒物具有十分重要的意义。对不同尺寸"Y"形截面和圆形截面的单纤维丝对烟气中PM2.5颗粒物的过滤性能进行实验,分析不同烟气流速和颗粒物浓度对颗粒物截留率的影响,进而研究纤维集合体在不同单丝线密度和孔隙率的条件下对烟气中PM2.5颗粒物过滤性能的作用。结合Euler法和Lagrange法对上述单纤维丝和纤维集合体实验工况进行数值模拟,将其结果与实验数据进行对比发现实验与数值模拟结果吻合较好。研究结果表明,同一时刻"Y"形截面的单纤维丝比圆形截面单纤维丝对颗粒物截留率更高。对于纤维集合体,单丝线密度为0.27 tex和孔隙率为0.88工况下,纤维集合体对颗粒物PM2.5的捕集性能最好。     

纤维对PM2.5过滤性能的影响

在日常的生产和生活排放的残留物中存在许多有毒的PM_2.5细颗粒物,对人体呼吸功能损害大,因此研究如何有效去除PM_2.5细颗粒物具有十分重要的意义。对不同尺寸“Y”形截面和圆形截面的单纤维丝对烟气中PM_2.5颗粒物的过滤性能进行实验,分析不同烟气流速和颗粒物浓度对颗粒物截留率的影响,进而研究纤维集合体在不同单丝线密度和孔隙率的条件下对烟气中PM_2.5颗粒物过滤性能的作用。结合Euler法和Lagrange法对上述单纤维丝和纤维集合体实验工况进行数值模拟,将其结果与实验数据进行对比发现实验与数值模拟结果吻合较好。研究结果表明,同一时刻“Y”形截面的单纤维丝比圆形截面单纤维丝对颗粒物截留率更高。对于纤维集合体,单丝线密度为0.27 tex和孔隙率为0.88工况下,纤维集合体对颗粒物PM_2.5的捕集性能最好。     

荷电液滴群捕集非均匀粒径颗粒物的数值模拟

针对荷电液滴群捕集颗粒物过程中系统参数对捕集效率的影响,基于计算流体力学-离散元法(CFD-DEM),数值模拟了荷电液滴群捕集非均匀粒径颗粒物。结果表明：在库仑斥力影响下,液滴群运动过程中不断向外扩展,颗粒物聚集形态不断变化。静电沉积占主导地位时,捕集效率对液滴间距不敏感,液滴间距可以认为是喷雾密度,即除尘效率受喷雾密度影响较小;增大液滴荷电量提升的捕集效率主要来自对粒径小于5μm颗粒物的捕集;液滴粒径对捕集效率的影响较小;液滴速度对单位时间捕集效率影响较小,但降低液滴速度可以延长其扫掠时间,从而提升捕集效率。     

飞灰颗粒与平板表面撞击过程的实验研究

以煤粉锅炉积灰过程为研究背景,在常温常压环境下对飞灰颗粒与平板表面撞击过程进行实验研究,分析飞灰颗粒入射法向速度对颗粒法向反弹速度的影响,以及飞灰颗粒粒径对临界捕集速度的影响。实验结果表明,飞灰颗粒粒径相同时,法向恢复系数随入射法向速度的增大先增大后平缓最后减小,在增大区域具有相当陡的斜率,反映了不同形式的力在不同阶段所占的比重不同;颗粒入射法向速度相同时,法向恢复系数随着颗粒粒径的增大而增大;而临界捕集速度随颗粒粒径的增大而减小。     

析湿工况下翅片管式换热器表面粉尘沉积过程的数值模型

空调器采用翅片管式换热器作为蒸发器,在制冷工况下换热器表面发生析湿及粉尘沉积,导致性能衰减。建立湿翅片表面粉尘颗粒物沉积过程的数学模型,模拟冷凝水捕集颗粒物以及湿积灰层黏附颗粒物的过程。被冷凝水捕集的颗粒物数量等于运动轨迹与水表面轮廓会出现相交的入射颗粒物的数量;后续的入射颗粒物与湿积灰层碰撞时,部分入射颗粒物会发生沉积且部分被碰撞的已沉积湿颗粒物会发生移除,这两部分的颗粒物数量相减即为被湿积灰层黏附的颗粒物数量。模拟与实验结果的对比表明,预测的湿积灰层形状与实验照片的吻合度较好,预测的单位面积颗粒物沉积质量与91%的实验数据之间的误差在±20%之间,平均误差为11.8%。     

气固顺流式移动床过滤器的除尘性能

为了探究气固顺流式移动床过滤器的除尘性能。通过在大型冷模实验中改变表观气速、颗粒循环强度、粉尘在过滤器中的比沉积率σ等操作参数,考察了过滤器的两个重要性能参数——操作压降和捕集效率的变化。实验发现,随着表观气速增大,设备的压降随之增大,设备的除尘效率呈下降趋势。随着粉尘的比沉积率σ增大,稳定后的操作压降也会有所增长,但操作压降的稳定性随着比沉积率的增大呈现"不稳定-趋于稳定-不稳定"的趋势,设备的过滤效率先逐渐增大,而后降低。当表观气速u_g为0.126 m×s~(-1),比沉积率σ为0.000 735时,过滤器的操作压降可以达到相对稳定的状态,此时除尘效果最优,捕集效率可达97%以上。     

导流介质对VARTM复合材料纤维分布及空隙率的影响

研究了导流介质尺寸对真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺中树脂流动行为的影响,以及对复合材料制品中纤维分布和空隙率的影响。结果表明,随着导流介质尺寸的增加,树脂在增强体中的流动速度加快,并呈现指数加速趋势;制品中纤维体积含量呈现先减少后增大的趋势,并且以导流介质边界为纤维体积含量高低的分界线;复合材料制品的空隙率范围在3.86%~19.92%,空隙率呈现先增大后减小再加速增大的趋势。     

基于微观结构的褶式滤芯拟态化模型及其过滤性能的数值模拟

基于随机多层纤维过滤介质算法建立褶式滤芯三维拟态化结构模型,对褶式滤芯内部气-固两相流动进行数值模拟,计算不同运行参数及结构参数下滤芯的压力损失及过滤效率,并与文献计算值进行比较. 结果表明,压力损失随过滤风速增大呈线性增加;随褶尖角增大,压力损失呈先减小后增加,压力损失计算值与文献计算值吻合较好. 褶尖角和过滤风速一定时,过滤效率随粒径增加先减小后增大,在给出的颗粒直径范围内存在最易穿透颗粒直径(MPPS). 不同过滤风速下,当颗粒粒径小于0.5 mm时,扩散作用使过滤效率随过滤风速增加而减小;大于0.5 mm时,惯性作用使其随过滤风速增加而增加;MPPS随风速增加而减小;本计算值与文献计算值趋势一致. 不同褶尖角下,当颗粒粒径小于1 mm时,扩散作用使过滤效率随褶尖角增大而减小;大于1 mm时,惯性作用使其随褶尖角增大而增加.     

一种中空纤维滤料过滤性能研究

为了解天然气净化中使用的中空纤维的过滤性能,采用均匀设计法~([1])实验,DPS数据回归处理方法~([2])分析结果,影响未覆膜滤料过滤性能的因素为:过滤速度含尘浓度过滤时间;对于覆膜滤料,过滤时间和含尘浓度影响极小,影响过滤性能的因素主要为过滤速度。采用CFD数值模拟对颗粒在滤料层内部的过滤细节进行分析,得出:中空纤维的内部结构对大颗粒的捕集影响较大;而对于细微颗粒,只能通过提高过滤精度来提增大收尘效率。     

粘性颗粒在单纤维体上流动特性的模拟方法

分别采用CFD-DEM耦合、基于EDEM软件的API接口加载曳力模型以及开源软件Open FOAM三种模拟方法对颗粒在单纤维上的沉积特性进行了数值模拟,对比分析了颗粒物的沉积形态、纤维的过滤性能(包括压力损失和过滤效率)和模拟计算成本,结果表明,基于开源软件Open FOAM模拟方法最优,无论是模拟粘性颗粒物在纤维体上的沉积形态和纤维体的过滤性能,还是模拟计算成本都优于其他两种方法;而基于EDEM软件的API接口加载曳力模型的模拟方法无法得到气相参数及压力损失、CFD-DEM耦合的模拟方法由于计算量大应谨慎选取。     

固定床颗粒层过滤性能分析及预测

使用两种滤料颗粒在一套冷态试验装置上考察了过滤气速和颗粒层厚度对颗粒层过滤性能的影响。结合颗粒层过滤宏观模型,分析了不同操作条件下粉尘比沉积率?对颗粒层粉尘捕集能力偏离初始值程度F和过滤压降偏离初始值程度G的影响,然后预测了过滤效率和压降。结果表明,试验范围内,随着?的增大,F呈现先增加后降低的变化趋势,而G逐渐增加。结合过滤气速u=0.2~0.6 m·s~(-1)、颗粒层厚度L=0.11~0.2 m条件下的试验数据拟合得到了F-σ和G-σ函数关系,过滤效率和压降的计算值与试验吻合较好,优于文献中相关公式,可为颗粒床过滤性能的预测提供参考。     

固定床颗粒层过滤性能分析及预测

使用两种滤料颗粒在一套冷态试验装置上考察了过滤气速和颗粒层厚度对颗粒层过滤性能的影响。结合颗粒层过滤宏观模型,分析了不同操作条件下粉尘比沉积率σ对颗粒层粉尘捕集能力偏离初始值程度F和过滤压降偏离初始值程度G的影响,然后预测了过滤效率和压降。结果表明,试验范围内,随着σ的增大,F呈现先增加后降低的变化趋势,而G逐渐增加。结合过滤气速u=0.2~0.6 m·s^-1、颗粒层厚度L=0.11~0.2 m条件下的试验数据拟合得到了F-σ和G-σ函数关系,过滤效率和压降的计算值与试验吻合较好,优于文献中相关公式,可为颗粒床过滤性能的预测提供参考。     

空气过滤用玻璃纤维滤材的油雾聚结性能及改性优化

为了提高滤材对油雾液滴的过滤性能,采用油雾聚结过滤性能测试评价系统,对比不同精度等级的空气过滤用滤材性能,建立滤材表面改性优化方法.结果表明:液滴在滤材表面呈现过渡润湿特征,且随着滤材精度提高,压降曲线增长率上升、液滴二次夹带现象增强,但对亚微米液滴的综合过滤性能呈现先增后减趋势;液体表面张力增大后,在纤维表面铺展性变...     

静电纺纳米纤维/串珠纤维在低阻力过滤材料中的应用

利用浓度分别为15%和8%的二醋酸纤维素纺丝液,采用静电纺丝的方法在商业聚对苯二甲酸乙二酯(PET)非织造布表面同时复合沉积纳米纤维/串珠纤维混合均匀的纤维膜,并在纤维膜上再覆盖一层PET无纺布,制备了复合过滤材料。研究了纤维形貌对复合过滤材料过滤性能的影响,并分析了复合时间、复合电压和纳米纤维/串珠纤维纺丝液供液比对复合过滤材料过滤性能的影响。结果表明,在纳米纤维中加入串珠纤维有利于在保证过滤效率的前提下降低过滤阻力;随着复合时间的增加,过滤阻力先缓慢增长而后迅速增加,过滤效率则先迅速上升而后缓慢增加;随着复合电压的增加,过滤阻力有所下降而过滤效率变化不大,当复合电压增加到24 k V时,过滤效率得到提升但同时过滤阻力大幅增加;随着串珠纤维含量的增加,过滤效率和阻力总体上呈先下降后增大的趋势。当复合时间为60 min,复合电压为22 k V,纳米/串珠纤维供液比为10∶5时,所制备的复合过滤材料的过滤阻力仅为115 Pa,对0.5μm以上微粒的过滤效率达到96%以上。