多種顆粒源的聲波團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)研究與模擬.pdf

1、近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)快速增長，化石燃料消耗量加大，燃燒產(chǎn)生的顆粒物已經(jīng)成為大氣污染的主要來源之一。尤其是粒徑小于2.5μm的細(xì)顆粒物，對(duì)環(huán)境和人體都會(huì)產(chǎn)生巨大的危害，已經(jīng)引起全社會(huì)的持續(xù)關(guān)注。在這樣的背景下，我國對(duì)于顆粒物排放的標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，而傳統(tǒng)除塵設(shè)備對(duì)于細(xì)顆粒的脫除效率并不理想，因此需要研究氣溶膠預(yù)處理技術(shù)，使得顆粒物團(tuán)聚長大為粒徑更大的顆粒物，從而提高后續(xù)除塵設(shè)備的脫除效率。聲波團(tuán)聚就是一種有研究?jī)r(jià)值的顆粒物預(yù)處理技術(shù)。
　

2、　聲波團(tuán)聚是利用高強(qiáng)聲波對(duì)氣溶膠進(jìn)行作用，使得顆粒物在聲波攜帶作用下振動(dòng)，從而發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)顆粒間的碰撞團(tuán)聚長大。關(guān)于聲波團(tuán)聚的研究較為豐富，但對(duì)機(jī)理的研究還不完善，實(shí)驗(yàn)研究更多地也只限定于實(shí)驗(yàn)室，而沒有得到實(shí)際應(yīng)用，關(guān)于聲波頻率等關(guān)鍵參數(shù)也存在爭(zhēng)議。針對(duì)種種問題，本文展開了與聲波團(tuán)聚相關(guān)的機(jī)理和實(shí)驗(yàn)研究。
　　首先，應(yīng)用聲波的攜帶機(jī)理對(duì)聲場(chǎng)中的顆粒物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了計(jì)算，得到聲壓級(jí)、聲波頻率、顆粒粒徑以及聲場(chǎng)形式等因素對(duì)顆粒

3、振動(dòng)的影響；然后搭建了可視化高速攝影實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)DEHs（癸二酸二異辛酯）顆粒在聲場(chǎng)中振動(dòng)過程進(jìn)行拍攝，通過高幀頻得到顆粒物在振動(dòng)周期內(nèi)的位置變化，標(biāo)定計(jì)算得到的顆粒速度變化規(guī)律與計(jì)算值有很好的吻合。
　　然后，針對(duì)顆粒物的聲波團(tuán)聚特性，進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)研究：
　　采用不同粒徑分布的DEHs單分散氣溶膠和半山電廠飛灰多分散氣溶膠作為顆粒源，分別研究了聲波團(tuán)聚的特性。在單分散氣溶膠聲波團(tuán)聚中，采用了0.2μm、0.5μm和2μm

4、三種粒徑的DEHs顆粒，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，亞微米級(jí)的顆粒物聲波團(tuán)聚的效果并不是很好，而對(duì)2μm的顆粒物，聲波的效果較為明顯，最佳頻率在1400Hz~1600Hz，而聲壓級(jí)越大，聲波團(tuán)聚的效果越好。在多分散氣溶膠聲波團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)中，對(duì)比研究了行波場(chǎng)和駐波場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)同等聲壓級(jí)條件下，駐波場(chǎng)的聲波團(tuán)聚效果要優(yōu)于行波場(chǎng)。
　　通過激光粒度儀在線檢測(cè)方法，檢測(cè)了半山電廠飛灰顆粒物全粒徑段分布在聲波作用下的變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著聲壓級(jí)的增大，粒徑分布有著向大粒

5、徑段長大的趨勢(shì)，驗(yàn)證了顆粒物在聲場(chǎng)中濃度減少是因?yàn)閳F(tuán)聚長大成了粒徑更大的團(tuán)聚體。然后將聲場(chǎng)和自制的靜電除塵器、布袋除塵器分別連接，通過ELPI在線檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量除塵器出口在有無聲場(chǎng)作用時(shí)的氣溶膠的濃度和粒徑分布，來研究聲波團(tuán)聚對(duì)傳統(tǒng)除塵器的增益作用，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在1400Hz，148dB的工況條件下，靜電除塵器對(duì) PM10的質(zhì)量濃度脫除效率從89.05％提高到了99.28%，布袋除塵器則從91.29%提高到了99.19%。
　　研究了

6、聲波團(tuán)聚聯(lián)合噴霧共同作用對(duì)顆粒物的影響。采用嘉興電廠飛灰作為顆粒源，選取了水、SDBS、TX100兩種表面活性劑以及XTG、PG和CMC三種團(tuán)聚劑作為不同的噴霧源，研究了聲場(chǎng)參數(shù)、噴霧量、表面活性劑濃度以及團(tuán)聚劑種類對(duì)聲場(chǎng)和噴霧聯(lián)合作用效果的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于較細(xì)的顆粒源，最佳聲波頻率為1000Hz；噴霧量越大，顆粒物數(shù)目濃度減少越多；表面活性劑的濃度存在最佳值；而三種團(tuán)聚劑中，CMC與聲波共同作用的效果最好。
　　其次，考慮多

7、種聲波團(tuán)聚機(jī)理，包括同向團(tuán)聚、聲波尾流效應(yīng)、共輻射壓和布朗運(yùn)動(dòng)，通過計(jì)算團(tuán)聚核函數(shù)來比較研究不同機(jī)理在聲波團(tuán)聚中的作用大小，以及顆粒粒徑、聲壓級(jí)、聲波頻率對(duì)團(tuán)聚核函數(shù)的影響，驗(yàn)證了同向團(tuán)聚作用是最主要的團(tuán)聚機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，用分組法模型對(duì)氣溶膠團(tuán)聚的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解，計(jì)算不同聲場(chǎng)條件下顆粒物濃度和粒徑分布的變化情況，分析了不同因素的影響規(guī)律，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較好的吻合。
　　最后，提出了基于聲波團(tuán)聚的多場(chǎng)協(xié)同團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案