考慮粒子反彈作用的單纖維過濾捕集效率數(shù)值模擬.pdf

1、纖維過濾技術對顆粒污染物特別是微細顆粒具有較高的過濾效率，改進過濾介質過濾性能以及優(yōu)化改良過濾材料設計仍然是當前的研究熱點。在以往研究中，簡化了模型，忽略粒子碰撞反彈作用，只考慮在慣性碰撞、擴散及靜電作用下纖維表面粒子的沉積。本課題擬建立粉塵顆粒在單根纖維上的沉積模型，對顆粒沉積過程及沉積物的結構進行較為系統(tǒng)的模擬研究，在模擬計算中，嘗試加入顆粒與纖維的碰撞反彈因素，使得模擬更貼近真實情況。主要研究內容及研究結論如下:
　　(1)

2、采用計算機模擬的方法對考慮粒子反彈作用下單纖維過濾介質表面粒子的沉積進行了模擬，觀察粒子在不同H值時的過濾單元形態(tài)、顆粒與纖維碰撞后的運動軌跡，并對模擬計算的數(shù)值結果做了分析討論。研究發(fā)現(xiàn)，H越小時，顆粒與纖維之間的反彈作用越明顯。在穩(wěn)態(tài)過濾時，隨著斯托克斯數(shù)St的增大，考慮反彈與不考慮反彈的捕集效率在初始都隨著St的增大而增大，到某一個St臨界值之后，考慮反彈的捕集效率隨著St的增大而減小，而不考慮反彈的捕集效率仍然隨著St的增大而增

3、大。在非穩(wěn)態(tài)過濾下，隨著St數(shù)從小到大變化，不考慮顆粒反彈的非穩(wěn)態(tài)階段的捕集效率初始階段基本不變，當St數(shù)到某個值以后，捕集效率隨著St數(shù)的變大而變大。而考慮顆粒反彈的捕集效率在初始階段也是基本不變，當St數(shù)到某個值以后，捕集效率隨著St數(shù)的變大而變小。
　　(2)對影響捕集效率的因素做了正交數(shù)值模擬設計，對模擬數(shù)據(jù)進行了回歸，得到穩(wěn)態(tài)過濾階段纖維捕集效率的擬合計算公式，并做了無量綱優(yōu)化，得到了無量綱擬合計算式。最后對擬合公式做了

4、非樣本檢驗和文獻驗證。驗證結果表明擬合公式有較強的預報可靠性。
　　(3)觀察在不同斯托克斯數(shù)St、雷諾數(shù)Ref、攔截系數(shù)Rp、填充率c下的穩(wěn)態(tài)過濾單元形態(tài)、顆粒與纖維碰撞后的運動軌跡，并對模擬計算的數(shù)值結果做了討論，分析了捕集效率隨St、Ref、Rp、c的變化關系。在非穩(wěn)態(tài)過濾時，除了以上因素，還需考察沉積量Mc。
　　(4)給出穩(wěn)態(tài)階段考慮反彈的捕集效率與不考慮反彈的捕集效率的關系式，在St小于等于St臨界值的階段，考慮

5、反彈的捕集效率等于不考慮反彈的捕集效率，且等于文獻研究結果;在St大于St臨界值階段，考慮反彈的捕集效率小于不考慮反彈的捕集效率，需對文獻研究結果進行修正，修正結果為文獻研究結果乘以反彈系數(shù)k，k是斯托克斯數(shù)、攔截系數(shù)、填充率及Hamake常數(shù)的函數(shù)。對非穩(wěn)態(tài)階段，給出單纖維的非穩(wěn)態(tài)過濾效率的物理表達式，并與文獻中的經(jīng)驗公式做了比較，在兩個公式參數(shù)的適用范圍內，變化趨勢及計算結果基本一致?；貧w得到的b、c值與文獻給出值存在差異，其平均值