旋风分离器分离性能的经验模型与数值预测

利用雷诺应力输运模型对Stairmand高效旋风分离器的气相流场进行数值模拟,在此基础上对旋风分离器的分离效率、压力损失进行了研究,得出了不同条件下旋风分离器的分离性能,同时利用Barth,Iozia&Leith,Shepherd&Lapple,Cacal&Martinez,Dirgo,Coker经验公式计算了该旋风分离器的分级效率和压力损失,并分别和实验数据进行了比较.结果表明,Barth经验公式在计算直径为305mm的Stairmand旋风分离器时的分级效率与实验数据吻合较好;而Iozia&Leith经验公式能准确地计算直径为152mm的Stairmand旋风分离器的分级效率;Cacal&Martinez及Dirgo经验模型计算的压力损失和实验数据吻合较好.另一方面,数值预测的分级效率和实验数据基本一致,而且预测的压力损失误差在5%以内.研究结果还表明,应用计算流体动力学来研究旋风分离器的分离性能方便且可行.     

利用高压静电技术改进旋风除尘器性能的研究

常规的旋风除尘器结构紧凑简单、投资省，适用于捕集锅炉排烟中粒径为5－10μm以上的灰粒。在旋风除尘器结构基础上附加高压静电场的作用，可进一步提高除尘效率，特别是提高微米和亚微米灰粒的捕集效率。通过建立实验系统和模型，进行了利用高压静电技术改进旋风除尘器性能的实验研究，并对影响除尘性能的参数，如除尘器进口风速、工作电压等进行了系统的探讨与分析，初步掌握了实验模型的最佳运行工况。     

蜗壳式旋风分离器的分离性能研究

蜗壳式旋风分离器作为轻烧镁旋流动态煅烧系统中最重要的分离设备,是提高系统分离性能的关键所在.本文建立蜗壳式旋风分离器分离性能试验装置,以粒径48～75?m的轻烧镁粉、菱镁矿浮选粉和氢氧化锂粉为样品,研究了入口风速、颗粒浓度以及颗粒物性等参数对压降和分离效率的影响.研究表明:1)蜗壳式旋风分离器的静压降随入口风速的增大而增大,二者基本呈指数变化关系;入口风速增大能够提高分离效率,但是压力损失也逐渐增大,根据旋流动态煅烧系统的回收指标,得出最佳的风速约为19 m/s,此时的压降为1 100 Pa左右;2)在一定范围内,适当地增加入口颗粒浓度既能降低压力损失又能提高分离效率; 3)当粒径相同时,分离效率随着颗粒密度的增加而增加.     

新型气流筛分机的实验研究

为了得到新型气流筛分机的性能参数，通过实验的方法，对新型气流筛分机的筛分效率进行了评价，探讨了设置导流器对不同类型物料分级效率的影响。结果表明，该筛分机对处理粒度为49μm（300目）-84μm（180目）的面粉和滑石粉具有较高的分级效率。     

钛白酸解尾渣旋流分级数值模拟与实验研究

针对酸解尾渣旋流分级过程中分离精度较低的问题,采用数值模拟和实验验证的方式对工艺进行优化。模拟研究表明:当进口速度为1.78 m/s时,高钛品位的粗颗粒的回收效率是91.1%,TiO2回收率偏低;当进口速度为2.78m/s时,杂质细颗粒的分离效率是62.9%,显著降低。为保证高分离精度,进口速度需控制在2.28m/s。进一步研究表明,当进口速度为2.28m/s时,分级后溢流产物的体积平均粒径(D[4,3])为9.2μm,底流产物的体积平均粒径可达43.6μm,有90.3%的杂质细颗粒得到脱除,二氧化钛回收率可达59.3%。     

多级散式流态化精密分级塔分级模型的研究

多级散式流态化精密分级塔是一种新型的气固分级设备,它以流态化和精馏原理为设计基础,并在实验中取得了较好的分级效果。针对分级塔的特点,以理论公式和经验公式为基础,结合实验结果,以划分区域的方法（8μm以下颗粒为一区域,以上为一区域）,建立了分级塔内颗粒的分级效率数学模型。公式计算结果与实验结果的比较表明,该分级模型基本反映了新型多级流态化精密分级塔中超细颗粒实现分级的实际情况。     

新型旋风分离器内颗粒的运动规律

分离效率是判定旋风分离器性能优劣最直接的一个参数,而分离效率的高低微观上由旋风分离器内颗粒的运动规律决定.采用离散颗粒模型研究了新型旋风分离器内颗粒的运动规律并估算了分离效率,结果发现:颗粒从入口不同区域进入该旋风分离器分离空间时有不同的运动轨迹,入口大致可划分为3个区域;被入口导流板碰撞分离的颗粒在发生二次分离时被再次捕集的可能性很大;分离效率实验值和模拟估算值变化趋势一致,但模拟估算值高于实验值.     

新型旋风分离内颗粒的动动规律

分离效率是判定旋风分离器性能优劣最直接的一个参数,而分离效率的高低微观上由旋风分离器内颗粒的运动规律决定.采用离散颗粒模型研究了新型旋风分离器内颗粒的运动规律并估算了分离效率,结果发现:颗粒从入口不同区域进入该旋风分离器分离空间时有不同的运动轨迹,入口大致可划分为3个区域;被入口导流板碰撞分离的颗粒在发生二次分离时被再次捕集的可能性很大;分离效率实验值和模拟估算值变化趋势一致,但模拟估算值高于实验值.     

旋风分离器分级效率的多区计算模型

在旋风分离器内部流场及浓度场测定的基础上,考虑了分离器内的短路流,颗粒间的相互碰撞、粗颗粒的弹跳以及细粉粒返混等对分离性能的影响。建立了旋风分离器分级效率的多区计算模型,并与现有计算模型作了分析比较.结果表明,多区模型的计算精度令人满意.其理论预测与试验结果较为吻合.     

环流式旋风除尘器的性能

针对目前工业除尘器除尘效率低和经济上、技术上的一些难题,以电厂静电除尘除下来的粉煤灰和空气作为物系,测试了环流式旋风除尘器的分离效率和压降,并推导了环流式旋风除尘器分离效率的数学模型.实验结果表明,环流式旋风除尘器与B型高效旋风除尘器相比,具有压降低、分离效率高的优点.计算结果表明,分离效率模型的计算值与实验值基本吻合.工业应用表明,环流式旋风除尘器处理量大,操作稳定,放大效应小;工业环流式旋风除尘器与常规型旋风除尘器相比,除尘效率提高了15%,压降降低了40%左右.     

2014年5月武汉市输入型沙尘污染案例分析

结合地面颗粒质量浓度、金属元素含量、垂直消光系数和地面气象观测资料、后轨迹模型及天气分析图, 分析2014年5月25-26日湖北武汉市监测的沙尘天气过程。结果表明, 这次沙尘暴源起新疆南部塔卡拉玛干沙漠和内蒙巴丹吉林和腾格尔沙漠, 随着冷空气向东向南传输, 兰州和银川PM₁₀小时浓度分别超过2000 μg/m³ 和1000 μg/m³, 武汉PM₁₀小时浓度超过500 μg/m³, 沙尘在传输过程中逐渐减弱。沙尘期间武汉市以粗颗粒污染为主, PM₁₀浓度陡升, PM_2.5占PM₁₀ 的含量下降到约35%。沙漠粉尘示踪元素Ca, V, Ba和Fe 浓度增加4 倍以上, 所占的总量百分比也增加一倍以上, As, Se, Cr, Cu, Zn 和Pb 等当地的人为污染源排放的金属元素浓度约为先前的1/5~2/5, 所占总量百分比下降明显。激光雷达观测到两次明显的沙尘沉降过程, 在近地面层(500 m 左右)存在均匀的消光系数大值区(最大0.086 km^-1)。以此例说明结合气象和环境的多种观测手段综合分析输入型空气污染的方法。     

纤维过滤介质在容尘阶段的非稳态过滤效率

基于黏性牛顿流体的N-S方程,从一般控制方程的通用形式,结合纤维过滤介质的积尘填充率与粉尘颗粒或气溶胶微粒沉积量,推导出纤维多孔过滤介质内粒子浓度分布的非线性微分方程.分析了过滤效率经验公式中无量纲参数之间的内在联系及其对纤维滤料在容尘阶段过滤效率的影响,利用非线性回归方法拟合出纤维过滤介质的非稳态过滤效率经验公式.结果表明:微粒的Re数均小于1,即空气的流动均处于斯托克斯区域,同时其流动状态为层流;计算得到的拦截参数为0.086～0.559.根据实验结果拟合的纤维滤料在容尘阶段的过滤效率经验公式适用于St小于1的场合.     

湿式除尘器中相似理论的研究

本文描述通风除尘中气固两相流动的运动规律，导出了湿式除尘器分级效率的计算公式；确定了湿式除尘器中只要满足斯托克斯数Ｓｅｋ、颗粒雷诺数Ｒｅｓ、惯性碰撞参数Ｋｐ、液滴斯托克斯Ｓｔ等相似准则数，以及几何条件和单值条件相似，才能正确反映气流运动的实际情况，保证同类型湿式除尘器中具有相同的阻力和分级效率计算公式，并通过实验证实了其相似理论的正确性。图３，参５。     

一种含尘气体的净化方法

为将烟厂正常生产过程中产生的含尘气体高效净化,达到直接在车间就地排放的要求,采用以液体作为除尘媒介的新式空气净化器,使排放气体的灰尘质量浓度符合国家室内空气标准(2mg/m3)的规定。结果表明:经这种空气净化器处理后,除尘器出口的灰尘平均质量浓度为1.1mg/m3。     

四种交叉V型吸热板-底板太阳能空气集热器热性能的数值模拟对比分析

作为最常用的一类平板型空气集热器,V型波纹吸热板空气集热器近年来被广泛应用和研究.采用相同几何尺寸(长2m,宽1m)的波形板,构成四种不同流道的交叉V型吸热板-底板太阳能空气集热器,应用太阳载荷模型,利用FLUENT软件,对集热器在倾角为30°,入口空气流量为60m3/h的工况进行了三维数值模拟,得到集热器不同位置的温度场、吸热板中心宽度0.5m处的平均努赛尔数和瞬时效率,并对其进行了对比分析,得出空气集热器的V型吸热板横向放置、底板纵向放置结构的瞬时效率最高.     

百叶窗对静电除尘器二次扬尘的抑制效应

提出了一种旨在削弱或消除静电除尘器(Electrostatic precipitator,简称ESP)振打形成的二次扬尘现象,借以提高ESP的粉尘捕集效率。建立了静电除尘器电晕电场,流场,颗粒荷电及运动场的二维数值模型,借助有限元软件Comsolmultiphysics进行模拟计算,模拟结果与已公开的电晕电场和除尘效率的实验结果吻合较好。通过添加百叶窗结构在阳极板前形成有效的静止空间,保证在振打清灰时颗粒不与主气流混合,降低二次扬尘。分析了3种不同结构的百叶窗结构,并对百叶窗布置形成进行优化。结果表明：添加百叶窗结构能够降低收尘极板附近气流流速在0.1m/s以下;耦合电场、流场、颗粒荷电运动场可以得出,添加百叶窗后,颗粒被捕集时的速度小于0.2m/s,能够有效的控制二次扬尘,提高除尘器的除尘效率。     

边坡钻孔作业中粉尘分布及其影响因素的数值模拟

为了改善露天矿边坡钻机穿孔作业粉尘质量浓度超标的现状,依据气固两相流动及梯度输送理论,对粉尘在风流中运动、扩散及沉降过程进行分析,建立粉尘在空气中的运动、扩散及沉降方程.以某铁矿S03#采场为例,运用计算流体力学的Fluent软件对边坡钻机粉尘质量浓度分布进行数值模拟,并与现场实测数据对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合.研究结果表明：采场内粉尘质量浓度沿测点线方向先急剧上升,达到最大值后迅速下降至一个较小值,后逐步缓慢下降;穿孔开始后,粉尘质量浓度随时间推移逐步升高,至一定值时保持恒定.当采场风速为3.5 m·s-1、供气压力为1 MPa、钻孔深度为12 m及钻具转速为84 r·min-1时,粉尘质量浓度较低.     

ESP电场粉尘非稳态收集过程数值仿真

基于ESP电场荷电粒子非稳态收集理论,得出非稳态收集过程中驱进速度的计算方法.根据紊流传质原理,推导出紊流掺混系数的表达式,并且针对收尘极板表面存在层流边层的事实提出新的极板处边界条件.对于粉尘非稳态收集过程的二维粒子输运方程,采用有限差分方法,运用逐次超松弛迭代法构造静电除尘输运方程的差分格式,利用Matlab仿真语言进行数值仿真,得到静电除尘器电场非稳态粉尘收集过程中不同时刻粉尘粒子的质量浓度分布规律,并根据断面质量浓度分布得出分级效率.对模型不同断面的粉尘质量浓度的实测结果与模拟结果进行比较,二者吻合较好.基于非稳态收集过程的数值模拟得到的收集效率比传统理论计算结果更加准确.     

微纳层叠共挤碳纳米管填充高抗冲聚苯乙烯/高抗冲聚苯乙烯(CNTs+HIPS/HIPS)交替层状复合材料的介电性能

利用自制的微纳层叠共挤出装置制备了2、8、32、128层的碳纳米管填充高抗冲聚苯乙烯/高抗冲聚苯乙烯（CNTs+HIPS/HIPS）交替层状复合材料,复合材料体系中CNTs+HIPS层碳纳米管的质量分数分为6%、10%两种,微层理论厚度分别为1 mm、250 μm、62.5 μm、15.6 μm。采用数码电子显微镜对复合材料的微层界面进行了分析,并测试了复合材料的导电和介电性能。结果表明：微层实际厚度与理论厚度较为一致;CNTs+HIPS/HIPS交替层状复合材料在挤出方向与厚度方向上的电阻率呈现了明显的各向异性,挤出方向上表现为高导电的特性,而厚度方向上表现为绝缘的特性;层间界面数量的增多增强了界面极化效应,极大地提高了复合材料的介电常数,且表现出较好的频率独立性,同时在低频（<10⁴ Hz）下保持了低介电损耗。     

轴流旋风分离器特性的数值模拟

为了研究轴流旋风分离器的性能,主要分析2.5~6m/s风速下叶片间距、旋转角度及排尘间隙对旋风分离器阻力和切向速度的影响.结果表明:旋风分离器的阻力随风速的增大而增大;叶片旋转角度对旋风阻力影响不大,但旋转角度的增加可增大最大切向速度;叶片间距变化对阻力和切向速度的影响很大,在6m/s风速下,叶片间距12mm较16mm时阻力增加31.1%,切向速度增大11%;排尘间隙变大可明显增大阻力,对切向速度影响较小.叶片间距为16mm,叶片旋转圆周角为90°,排尘间隙为7.15mm的旋风分离器对A4粗灰的分离效率可达85%以上.本研究结果为轴流旋风分离器几何参数设计提供了依据.