多相流系統(tǒng)中微顆粒的運動特性研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，世界各地的霧霾現(xiàn)象日益嚴(yán)重。霧霾中的PM2.5/PM10微顆粒對人體健康有著嚴(yán)重的危害性，因此對空氣中PM2.5/PM10顆粒的濃度進(jìn)行檢測是非常有必要的。針對霧霾現(xiàn)象，本論文提出了一種基于石英晶體微天平和介電泳(Dielectrophoresis，DEP)原理的PM2.5/PM10濃度監(jiān)測系統(tǒng)。為了提高PM2.5/PM10濃度監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測精度以及實現(xiàn)系統(tǒng)對PM2.5/PM10兩種顆粒濃度分別監(jiān)測，本論文采用離散相方

2、法（Discrete Phase Model，DPM）與流體體積方法(Volume of Fluid，VOF)相耦合的方式對監(jiān)測系統(tǒng)中PM2.5/PM10微顆粒的運動特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。為了便于描述微顆粒運動特性，本文將顆粒運動最接近檢測池底部的位置稱為顆粒的“沉降點”位置。
　　在固-液兩相流模型的微顆粒運動軌跡模擬中，分別研究了液體粘度、液體密度、入口速度因素對微顆粒運動軌跡的影響，結(jié)果表明:液體粘度由0.01Pa·s減小到1

3、×10-4Pa·s過程中，顆?！俺两迭c”位置隨著液體粘度的減小而下降，當(dāng)液體粘度從1×10-4Pa·s繼續(xù)減小到1×10-6Pa·s時，顆?！俺两迭c”位置隨著液體粘度的減小而略微上升;在液體密度從500kg/m3增加到2500kg/m3過程中，顆?！俺两迭c”位置隨著液體密度的減小而略微下降;入口速度由0.2m/s增加到10m/s的過程中，不同直徑顆粒的運動軌跡分離程度變大且“沉降點”位置有所上升。
　　在固-液兩相流的基礎(chǔ)上，利用

4、VOF+DPM耦合模型模擬研究了氣-液-固三相流中入口速度、液體粘度、液體密度、氣液兩相表面張力這些因素對微顆粒軌跡的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn):入口速度由0.2m/s增大到2m/s過程中，不同直徑微顆粒的運動軌跡分離程度不斷增加，其中PM2.5顆?！俺两迭c”位置隨著入口速度增加而上升，PM10顆粒“沉降點”位置隨著入口速度增加先降低隨后上升;液體粘度從0.001Pa·s減小到1×10-6Pa·s過程中，微顆?！俺两迭c”位置不斷下降;當(dāng)液體密度50

5、0kg/m3增大到2000kg/m3過程中，顆粒的“沉降點”位置出現(xiàn)先下降后上升的趨勢，在1500kg/m3時，顆?！俺两迭c”具有一個最低位置;氣液兩相表面張力的變化也對微顆粒的運動產(chǎn)生規(guī)律性影響，當(dāng)表面張力為0.065N/m時，顆粒“沉降點”位置達(dá)到最低。通過模擬研究，得到優(yōu)化的PM2.5/PM10檢測系統(tǒng)物性參數(shù)，即入口速度設(shè)定為0.5m/s-1m/s最為合適，并且可以利用高分子減阻劑將檢測池中電解質(zhì)溶液的液體粘度調(diào)整為1×10-5