利用聲波團聚增強燃燒源可吸入顆粒物脫除的研究.pdf

1、可吸入顆粒物PM2.5(也稱細顆粒)是主要的大氣污染物之一,它直接對人類健康和生態(tài)環(huán)境造成危害。燃煤電廠和機車尾氣是細顆粒排放的重要源頭,由于靜電除塵器和旋風分離器等常規(guī)除塵設備,對細顆粒的脫除效率很低,有很大數(shù)量的細顆粒排放至大氣中。目前沒有有效脫除細顆粒的技術方法,而聲波團聚是一種有潛力的預處理方法,利用聲波作用,促使顆粒發(fā)生團聚長大,再經(jīng)過后續(xù)的常規(guī)除塵設備將其清除,從而達到控制細顆粒排放的目的。本文將從細顆粒在聲波場中的微觀動力

2、學特性和利用聲波團聚增強后續(xù)分離器對細顆粒的宏觀脫除效果兩個方面展開研究。 利用可視化技術建立了研究細顆粒微觀動力學特性的實驗平臺,動態(tài)地顯微觀察并拍攝細顆粒在水平聲波場中的運動軌跡。研究了細顆粒在聲波作用前后和聲波場中不同位置的運動特點,結合數(shù)值方法理論模擬顆粒在聲波場中的運動軌跡。結果顯示：顆粒在水平聲場中,除了重力沉降,還發(fā)生與聲波同頻率振動,同時向速度波節(jié)點漂移。與自由沉降相比,在單位時間內(nèi)顆粒運動軌跡掃過的面積大大增

3、加,有利于顆粒間的碰撞團聚。比較了顆粒和顆粒團聲波夾帶動力學特性,研究發(fā)現(xiàn)：顆粒團和一定尺寸的單顆粒具有接近的空氣動力學特性,顆粒團的分形結構使其在氣流中具有傾向于較小顆粒的氣流跟隨性,慣性被弱化。在聲波作用下細顆粒漂移特性的實驗研究和理論分析表明：細顆粒漂移驅動力是粘性不對稱產(chǎn)生的漂移力,聲輻射力的影響較弱；細顆粒向速度波節(jié)點漂移,導致局部濃度增加,從而促進聲波團聚。比較了確定顆粒粒徑的三種方法,與光學法和重力沉降法相比,對細顆粒而言

4、,用聲波夾帶法確定顆粒的粒徑較為準確。 以顆粒排放控制的工業(yè)應用為目標,利用聲波及其與外加種子顆粒聯(lián)合作用,建立了研究細顆粒宏觀清除效果的脫除系統(tǒng)。采用頻率為1kHz的聲源,研究了燃燒源顆粒分別在聲波單獨作用及其與外加種子顆粒聯(lián)合作用下顆粒的分布變化和系統(tǒng)的脫除效果,研究結果表明：在聲波單獨作用下,本實驗中的系統(tǒng)對數(shù)濃度峰值粒徑在亞微米級的顆粒具有明顯的脫除效果,顆粒濃度減少率隨聲強增加而升高。聲波單獨作用對燃煤顆粒的脫除效果

5、優(yōu)于燃油顆粒；在聯(lián)合作用下,系統(tǒng)對燃煤顆粒的脫除效果優(yōu)于其在聲波單獨作用下的脫除效果；在霧化水的聯(lián)合作用下,系統(tǒng)對燃煤顆粒的脫除效果較固體種子顆粒的聯(lián)合作用更顯著。在強度為158.5dB的聲波與霧化水顆粒聯(lián)合作用下,燃煤顆粒數(shù)濃度的減少率達到68％?；跉馊苣z通用動力學方程,建立了聲波團聚核,采用尺度離散的區(qū)域化算法,對實驗結果進行理論模擬并預測。結果表明：在聲強不高于158.5dB時,模型較好地模擬了實驗結果,在高聲強作用時因湍流作用