电晕放电喷雾荷电特性

静电喷雾广泛应用于工业各个领域,如静电喷涂、静电雾化燃烧、静电雾化除尘等,其应用效果与喷雾荷电特性密切相关。为获得更佳荷电效果,本文探究了电晕荷电过程中感应电流对液滴真实荷电电流的影响,通过改变荷电电压、电极间距、电极环直径及液体流量等,实验研究了各因素变化对喷雾荷质比、电荷衰减及液滴粒径的影响。结果表明：相比于感应荷电,电晕荷电过程不稳定但能获得更佳的荷电效果,液滴荷质比随荷电电压的增加而先减小后增大,随电极环直径的增加而先增大后减小,随电极间距的增大而增大,电极环直径80mm,电极间距40mm能获得最佳荷电效果;荷电液滴带电量会随输运距离增加而泄漏衰减,相同距离下液滴通过电晕放电带有电荷后衰减更快;液滴带电后能够降低液体表面张力,随着液滴荷电量的增加,雾化液滴粒径有所降低。     

润湿剂促进燃油细颗粒捕集的实验研究

在反应室中研究了雾化液滴与燃油细颗粒的相互作用机制。提出了一种润湿剂对细颗粒捕集促进的新方法,用于研究颗粒与液滴作用前后颗粒数浓度和粒径分布变化特性及细颗粒的捕集特性。采用电称低压冲击器（ELPI）在线测试分析颗粒数浓度和粒径分布特性,用SEM和EDS分析了颗粒的形态和元素组分对捕集机理的影响。结果表明：颗粒的物化特性与液滴对颗粒的捕集作用密切相关;燃油排放颗粒主要为球形含炭疏水颗粒;雾化液滴对其的捕集效率较低;添加润湿剂有利于提高液滴对燃油细颗粒的捕集效率,添加Silanol w22比用纯水液滴对颗粒的捕集效率提高了15%;不同润湿剂对捕集效率的促进作用差别较大。研究结果可以用于对不同润湿剂除尘效果进行测试和筛选。     

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。     

细颗粒物电凝并技术研究进展

雾霾的主要污染物是细颗粒物PM2.5,主要来自燃煤过程,传统除尘技术对PM2.5的捕获效率较低,通过电凝并技术使PM2.5凝聚成大颗粒,再通过传统除尘器脱除,可提高PM2.5的捕集效率。综述了国内外电凝并技术的研究进展,主要包括静电场中异极性荷电颗粒凝并、交变电场中同极性荷电颗粒凝并、交变电场中异极性荷电颗粒凝并;介绍了一种新型荷电凝并装置,细颗粒物与大颗粒之间运动与凝并的直接观测实验,为电凝并技术的实际应用和装备开发提供技术支撑。     

SCC型湿式除尘器除尘区域流场分析及结构优化

对SCC型湿式除尘器除尘区域流场流动进行分析，基于FLUENT软件采用气-固两相流和气-液-固三相流进行数值模拟研究，对不同时刻金属颗粒和液滴颗粒分布图、金属颗粒物轨迹、速度矢量进行对比，发现加入液滴颗粒后，除尘效率明显上升。通过正交试验研究了导流板长度、导流板倾角、导流板间距对被壁面及导流板捕集金属颗粒所占总数比例的影响，结果显示：各因素对被壁面及导流板捕集金属颗粒所占总数比例的影响主次顺序为导流板长度、导流板倾角、导流板间距，其最佳参数组合是A2B2C2，即导流板长度L=650 mm、导流板倾角θ=22.5°、导流板间距H=450 mm。显著性分析结果表明：导流板长度L对综合除尘效率有一定影响，导流板倾角θ和导流板间距H对综合除尘效率无明显影响。     

高效捕集PM2.5的静电器及其W型极板结构的数值模拟分析

高压静电与催化模块的耦合技术，是协同净化大气复合污染物的有效方法。通过实验比较W板静电器和平板静电器对于亚微米颗粒的捕集性能，采用计算流体力学方法构建双级静电器内静电场、流场、颗粒场的多物理场耦合模型，重点研究收尘区W型极板的角度对亚微米颗粒捕集性能的影响机制，获取双级静电器内部的流场、静电场分布特性，并针对不同角度W板双级静电器中0.1μm、1μm、2.5μm颗粒的荷电特性及捕集效率展开研究。结果表明，相较于传统的平板静电器，W板静电器具有更高的捕集效率，在1 m·s^-1的风速下，W板静电器对亚微米颗粒的捕集效率提升约10%。W板静电器之所以能明显提高对亚微米颗粒物的去除效率，可归因于收尘区的W型结构内易形成漩涡，导致亚微米颗粒物碰撞和凝并，因此提高了对亚微米颗粒物的捕集性能。     

电场作用下液滴的变形及库仑分裂模式

基于高速成像技术,本文对电场作用下甲醇液滴的显微形貌特征进行了可视化研究,精确捕捉了两相流体系中不同生长阶段的荷电液滴基于时间分辨特性的变形及库仑分裂演变行为,得到不同工况下荷电液滴的变形分裂过程及行为演化细节。基于液滴所受库仑力和介电泳力与周围流域的耦合作用,揭示了电场作用下不同生长阶段的液滴库仑分裂形成机理。结果表明,电场强度和液滴粒径是决定液滴变形及库仑分裂模式的主要因素,荷电液滴的变形及库仑分裂模式可以分为推压变形、顶部破碎、顶部-边端破碎、伞状破碎。结合量纲为1参数对液滴的变形及破碎特征进行了定量分析,随着电场强度的增大及液滴粒径的减小,液滴变形及顶部破碎的程度更加剧烈,液滴临界伞状破碎长度减小。     

喷嘴雾化特性及脱硫废水蒸发数值模拟

利用相位多普勒粒度分析仪（PDA）实验台测量了双流体喷嘴出口速度与粒径分布,利用得到的速度与粒径数据对江苏某生物质电厂进行小水量脱硫废水蒸发的数值模拟,着重研究了液滴粒径以及烟气中水蒸气的体积分数对液滴蒸发过程的影响。PDA实验结果表明,该双流体喷嘴在特定气液比条件下出口粒径均小于100μm。应用离散相模型与随机轨道模型,利用Rosin-Rammler分布模拟喷雾液滴分布范围（0～100μm）。模拟结果表明,粒径低于100μm的液滴能够完全蒸发,液滴粒径越小,完全蒸发时间越短,液滴经历的平稳吸热时间越短。随着粒径的增加,液滴完全蒸发时间增幅变大。随着烟气中水蒸气体积分数增加,液滴蒸发速率变缓,液滴开始蒸发的时间延长,且体积分数越大,出口未蒸发完全的液滴直径越大,但出口液滴粒径增大的幅度在减小。     

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...     

喷雾汽化器结构设计的分析与优化

为进行喷雾汽化器结构设计方法的优化,基于颗粒在气流场中的两相流受力特征,理论分析并获得了气液并流过程中,求解液滴从层流到湍流状态的运动时间和运动距离的函数关系式。以碳酸乙烯酯液滴在富氢环境中的运动为例,对比分析了该理论法和常规图解积分法,显示出理论法相比图解法在消除两方面的不确定性因素后,计算结果的准确性更高。研究发现:当液滴粒径一定时,初始速度对液滴径向减速运动时间的影响可忽略;在常见的粒径和速度下,液滴轴向减速过程非常短暂,减速段时间小于其径向减速时间的15%,且粒径越大,减速段时间占比越小。针对一系列单流体压力式工业喷嘴,得到了可直接读取喷雾汽化器直径和最小直段高度的算图。     

旋流管内液相动态行为的可视化研究

为探究旋流管气液分离过程,采用激光粒度分析仪和高速摄影技术对其内部液相动态行为进行可视化研究,结果表明:在具有结构参数梯度的两级导叶协同作用下可实现对不同粒径液滴的分级分离;壁面液膜形态与入口气速密切相关,在低入口气速下,在壁面无法形成环状液膜,随着入口气速在合理范围内不断增加,形成的环状液膜沿壁面逆流排出,完成逆流排液方式的气液分离过程;当入口气速高于17.5 m·s^-1时,形成的液膜以"螺旋液带"的形式螺旋上升至排液侧缝,完成顺流排液方式的气液分离过程;在旋流场中进行的有效气液分离动态过程可理解为液相"捕集—破碎—再捕集—再破碎"的良性循环机制,且"子液滴群"和"初始液滴群"共同制约分离效率。     

纤维水膜极板表面颗粒沉积脱落特性

以极板表面荷电颗粒电子传递及离子定向迁移为基础,对纤维极板表面沉积颗粒粒径分布、粉尘层堆积形貌、颗粒沉积脱落过程及关键影响因素等进行了研究,并与金属极板进行对比。结果表明：静电场同一位置处（取样点15）,纤维极板表面沉积颗粒物的粒度（6.900 μm）小于金属极板（9.018 μm）,纤维水膜极板对颗粒物的捕集效率更高;与金属极板不同,纤维水膜极板表面粉尘层堆积形貌与电晕电流密度分布无明显关联性。荷电颗粒是以纤维束凸出处为沉积中心,沉积并聚集成球或链珠状,粉尘层厚薄随机且分布松散;纤维极板液体表面浸润和内部扩散,减小了纤维极板表面与粉尘层间静电力,增大了粉尘层内颗粒间黏结力;流动曳力、液桥力、静电力、重力是纤维极板控制粉尘层脱落的关键因素。     

电捕焦油器中焦油雾滴预团聚过程的研究

为了提高电捕焦油器对超细焦油雾滴的捕集效率,提出声波法和荷电法两种焦油雾滴的预团聚方法,并对采用这两种方法的雾滴预团聚过程进行了数值模拟,研究了声波频率和电场强度对雾滴预团聚效率的影响.     

微液滴制备及其在静止流体中的浮升过程

采用自制微流控共轴流装置制备出粒径dp=100~600 mm且球形度良好的单一粒径微液滴,对大豆油及甲苯两种微液滴在静止流体中的浮升过程和速度进行了研究. 结果表明,生成液滴的粒径dp主要由微通道锥口直径Dt (40~450 mm)确定;既定锥口直径下,液滴粒径随连续相流量Qc增大稳定减小,而增加分散相流量只改变液滴产生频率(生成颗粒群),对粒径影响微弱,建立了dp与Qc的关联式,关联度大于0.99. 由于表面张力作用导致微液滴具有弹性球行为,微液滴的液滴阻力系数CD与雷诺数Re的关系与刚性颗粒一致;因尾流效应颗粒群中各颗粒在交替追赶中前行,导致颗粒群浮升速度高于单颗粒,颗粒群比单颗粒浮升速度高约30%.     

双区静电除尘模拟设计中的颗粒荷电模型选用

大气污染治理水平的提高对静电除尘器的净化效率提出更高要求。利用数值模拟设计静电除尘器有助于优化结构和提高性能,而模拟过程中选用的颗粒荷电模型很大程度决定了模拟结果的准确性。通过建立双区静电除尘器电场、流场和颗粒运动模型,计算两种荷电模型下双区静电除尘器内部颗粒运动轨迹,分析荷电模型对荷电区和收尘区内颗粒轨迹的影响。通过两种荷电模型下0.4 μm颗粒和7.5 μm颗粒去除率模拟值与实测值的对比,发现荷电模型导致的模拟值差异随颗粒粒径的减小而增大。定电量模型适用于电场荷电为主的大粒径颗粒,对扩散荷电的忽略使得该模型下小粒径颗粒的模拟去除率远小于实测值。综合考虑电场荷电量和扩散荷电量随时间变化的模型可以很好地反映小粒径颗粒的荷电特性,更适用于对小粒径颗粒荷电行为特征的数值模拟。     

高密度差体系中单液滴运动的数值模拟

采用VOSET方法捕捉液液两相运动界面,对高密度差体系中单液滴的运动进行数值模拟,分析不同时刻的表面图和流线图及瞬态速度变化图,研究了单液滴运动过程的速度变化及形变。研究结果表明：液滴形变随密度差和液滴粒径以及界面张力减小而变得剧烈;液滴上升速度随密度差和界面张力的增大而增大;液滴速度振荡幅度随粒径减小而减小;液滴形变的频率随界面张力增大或粒径减小而变小。     

细微颗粒物荷电收集处理的实验与模拟计算研究

本文介绍了一个颗粒荷电段与颗粒收集段耦合的静电除尘器,并对其开展细微颗粒物荷电收集处理的实验与模拟计算研究。该颗粒荷电段包含四个或八个电晕针,由负高压直流电供电;颗粒收集段设计为平行板对板结构,板与高压直流电源和地线交替连接。由颗粒发生装置产生细微颗粒物,验证该装置在不同的几何构型、环境和操作参数下的颗粒去除效率。实验与模拟结果表明,于粒径小于几十纳米的颗粒,存在部分荷电模式;于较大颗粒,颗粒荷电段和收集段的参数都对去除效率有显著影响。     

纤维水膜极板表面颗粒沉积脱落特性

以极板表面荷电颗粒电子传递及离子定向迁移为基础,对纤维极板表面沉积颗粒粒径分布、粉尘层堆积形貌、颗粒沉积脱落过程及关键影响因素等进行了研究,并与金属极板进行对比。结果表明:静电场同一位置处(取样点15),纤维极板表面沉积颗粒物的粒度(6.900μm)小于金属极板(9.018μm),纤维水膜极板对颗粒物的捕集效率更高;与金属极板不同,纤维水膜极板表面粉尘层堆积形貌与电晕电流密度分布无明显关联性。荷电颗粒是以纤维束凸出处为沉积中心,沉积并聚集成球或链珠状,粉尘层厚薄随机且分布松散;纤维极板液体表面浸润和内部扩散,减小了纤维极板表面与粉尘层间静电力,增大了粉尘层内颗粒间黏结力;流动曳力、液桥力、静电力、重力是纤维极板控制粉尘层脱落的关键因素。     

NG喷射硝化过程中雾化特性模拟试验研究

为研究硝化甘油喷雾法中喷雾压力、甘油流量等工艺参数对硝化效果的影响,使用相位多普勒技术(PDA)检测了不同工艺参数下喷雾颗粒的粒径及速度分布,并通过高速摄影对雾化效果进行了验证。结果表明,喷雾压力为0.12MPa时液滴粒径分布最稳定,甘油流量为5kg/h时液滴粒径最小可达20μm;喷雾液滴粒径随轴向距离的增加总体呈递减趋势,而随着喷雾径向距离的增加而增大;喷雾径向速度服从高斯分布。高速摄像仪(CCD)验证结果表明,喷雾压力0.12MPa时,甘油流量5和6kg/h时,喷雾效果较好。     

空气过滤形成滤饼的模拟研究

提出了一个新的模型,用于预测空气过滤中捕集效率和滤饼层空隙率。模型中粒子的产生符合正态分布,其落点符合随机均匀分布。模型预测的捕集效率随粒径和孔径比的增大而增大,滤饼层空隙率随粒径和孔径比的增大而减小。粒子的分散度对滤饼结构的影响较小。