纤维滤料在容尘阶段的过滤性能实验研究

通过容尘实验分析了气溶胶的特性参数对纤维滤料的非稳态过滤性能参数的影响、滤料在容尘阶段的压降Δp、各粒径微区间的分级效率随单位面积累计容尘量的变化特性,以及滤料在粉尘或气溶胶微粒沉积的各个压降阶段的最易透过粒径(MPPS)等.得到了纤维滤料的积尘填充率α的计算式,检验了滤料在容尘阶段的压降经验公式的适用性,并借助于Matlab的回归分析拟合出合适的压降修正式.     

二维随机分布纤维过滤介质的压力损失分形模型

为了研究影响纤维过滤器压力损失的主要因素,开发了能够生成二维随机分布的虚拟纤维过滤介质的VBA程序,并在纤维随机分布的二维区域中利用计算流体力学(CFD)技术计算了Stokes方程的数值解.通过对虚拟滤料CFD模拟计算结果的数据回归分析可知,纤维过滤介质的压力损失随纤维填充率增加呈非线性增加,与纤维直径的二次方呈反比例关系,与纤维介质厚度及过滤速度呈线性正比例关系,由此提出了二维随机分布纤维过滤介质的压力损失预测模型.在此基础上,考虑了分形维数和迂曲度对过滤压力损失的影响,得出压力损失随分形维数和迂曲度的增加呈非线性增加,提出了包含分形维数、迂曲度的压力损失预测表达式,该表达式与相关文献的分形理论模型具有很高的一致性.     

纤维过滤介质渗透率及压力损失数值模拟

针对纤维过滤介质纤维杂乱无章分布的特性,采用计算机模拟生产接近真实过滤介质的随机排列的三维纤维微观结构,对其内部流场进行数值模拟,得出纤维过滤介质内部流场三维压力及速度分布曲线图.通过大量计算及回归分析,获得随机排列纤维过滤介质无因次压降和渗透率拟合关联式.研究结果表明:随着迎面风速的增大,过滤介质压力损失线性增加;过滤介质压降随着填充密度的增大而非线性增加;随机排列纤维过滤介质无因次压降的计算结果与Davies及Jackson的计算结果非常吻合.     

三维纤维过滤介质压力损失数值模拟

目前纤维过滤介质压力损失的研究大多基于纤维的二维规则排列及低速过滤状态,这与实际过滤介质构造及过滤运行状态存在一定的差异.基于VBA编程,创建三维随机排列纤维过滤介质模型,采用计算流体动力学(CFD)软件模拟计算其内部流场,研究低速及高速过滤状态下压力损失与速度的关系,研究结果表明:模型内部的流体流动呈现线性流区和非线性流区两种流动区域,且两种流动区域的雷诺数临界值为0.33;当流体平均速度大于0.3 m/s对,压力损失与流体平均速度不再是简单的线性关系.通过对模拟数据的分析,提出了适合于线性流区及非线性流区的压力损失-流体平均速度关系表达式.     

气溶胶纤维过滤技术研究综述

纤维过滤除尘技术在气溶胶粒子排放控制的应用中具有过滤效率高、运行稳定、纤维滤料选择范围广的明显优点,其发展至今形成了多种过滤材料,有了较完备的理论支撑和相关技术规范。围绕气溶胶粒子纤维过滤技术的过滤理论、关键参数、过滤介质、过滤过程及过滤技术等方面进行了阐述,并介绍了目前气溶胶粒子过滤的新型技术,为气溶胶粒子过滤除尘领域的研究提供参考。     

荷尘速率对非高效过滤材料阻力特性的影响

为探究荷尘速率对非高效过滤材料阻力变化的影响,以4种不同等级非高效玻璃纤维滤料为对象,对不同过滤风速和荷尘质量浓度下滤料阻力变化规律展开实验研究,并总结出滤料荷尘过程阻力变化经验公式.结果表明:在相同过滤风速和荷尘质量浓度下,等级越低的滤料归一化阻力增长速率越快,且进入表面过滤所需荷尘量越大.在相同过滤风速下,滤料荷尘质量浓度越高,阻力随单位面积荷尘量的增长越慢;而滤料等级越高,荷尘质量浓度变化对阻力的影响越小.相同荷尘速率时,过滤风速对滤料归一化阻力增长的影响可忽略.     

空气过滤材料静电衰减机理的实验研究

采用不同形态、不同荷电特性的气溶胶对静电纤维过滤材料进行积尘实验,观测滤料积尘过程中的表面电势、过滤效率和纤维形态的变化.结果表明不同荷电特性KCl(氯化钾)气溶胶积尘的滤料表面电势随积尘量增加的变化趋势不同,但滤料的效率不随积尘增加而变化;液态DEHS(癸二酸二辛酯)气溶胶容尘实验发现,滤料表面电势和效率都急剧衰减.实验结果以及不同形态气溶胶积尘滤料的扫描电镜表明造成滤料静电衰减的机理主要是屏蔽作用.     

燃煤飞灰单极荷电对纤维滤料过滤性能的强化

细颗粒物的单极荷电能够改善细颗粒物被纤维滤料过滤的性能.本文设计搭建了由线板式预荷电器和纤维滤料集尘装置组成的复合静电增强过滤实验平台,分别研究了在不同荷电类型、不同荷电电压以及不同过滤风速三种工况下,单极荷电的燃煤飞灰颗粒被聚苯硫醚(PPS)纤维滤料捕集时捕集效率及阻力特性的变化规律.结果表明,随着荷电电压的升高,过滤风速的下降,纤维滤料对荷电燃煤飞灰颗粒物捕集效率提高的同时压差增量减小,且压差增长速率明显降低.粒径越小,过滤效果增加越明显,且负荷电提高效果优于正荷电.     

基于海岛纤维的新型滤料实验研究

研发基于超细纤维的滤料是控制PM2.5的主要技术方向之一.采用国家标准建议的实验装置,对新型超细海岛纤维滤料的过滤性能进行综合研究,得出了滤料的过滤效率、残余阻力、清灰周期等参数,并与常规针刺毡滤料和覆膜滤料对比.结果表明:海岛纤维滤料对PM2.5的计数效率为94.9%,远高于常规针刺毡滤料,与覆膜滤料相当;动态过滤过程的残余阻力低于覆膜滤料,残余阻力上升缓慢,清灰周期更长,有利于延长滤料的寿命,节约成本.     

纤维过滤介质捕集效率数学模型的研究

针对纤维过滤介质建立数学模型，对其进行理论求解，得出纤维过滤介质总捕集效率计算的理论公式，传统过滤理论中捕集效率的计算结果，仅为此模型计算结果的一个特解，此理论计算结果既适用于稳态过滤，也适用于非稳态过滤。     

固体颗粒在逾渗多孔介质中的吸附特性

采用数值计算的方法,通过求解描述低速流体流动的Stokes方程以及简化的颗粒运动方程,初步得到颗粒在逾渗多孔介质中的运动轨迹,并在此基础上,求得颗粒与多孔介质内表面的碰撞概率,进而研究颗粒的被吸附特性.数值结果表明均匀多孔介质和分形多孔介质对颗粒的吸附存在本质差异.颗粒流出概率(实际中常表示为出口悬浮液中的颗粒浓度)与多孔床深度间的指数关系仅对均匀多孔介质成立,而对分形多孔介质并不成立.     

天然气用纤维过滤器非稳态性能实验研究

针对天然气工业特点，设计了一套滤芯性能在线检测装置，采用光学粒子计数器OPC对过滤器上、下游粉尘的浓度和粒径分布进行适时测量。使用多分散性粉尘，在实验室内测试了天然气用纤维过滤器的非稳态性能，以及各种操作参数对其性能的影响规律。实验结果表明，纤维过滤器的过滤效率和阻力均随粉尘负荷的增加而增加，根据其变化趋势可分为深层过滤和滤饼过滤两个阶段。过滤速度过高容易导致大粒子穿透，从而使效率下降，纤维过滤器的表观过滤速度应低于0．06m／s；相对湿度和滤材厚度的增加有利于增大过滤效率，但也会导致阻力的迅速增加。     

纤维表面Zeta电位对多孔纤维材料透湿性能的影响

考虑双电层效应对多孔纤维材料热湿传递的影响,根据双电层的Poisson-Boltzmann方程和液体运动的Navier-Stokes方程建立模拟多孔纤维材料热湿传递过程的数学模型,并给定初始条件和边界条件,数值计算了多孔纤维材料热湿传递过程中温度和电解液体积百分比的分布。和实验结果的对比表明该数学模型能很好的反映多孔纤维材料热湿传递过程,也显示出双电层效应对多孔纤维材料热湿传递过程存在影响。     

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。     

油水两相流Darcy-Stokes模型

塔河油田缝洞型油藏的溶洞可分为微小溶洞溶孔和大溶洞,部分大溶洞未被充填,未充填的大溶洞内部不存在多孔介质,流体流动属于自由流动,流动规律符合Navier-Stokes方程,油藏存在自由流动区和渗流区,流动规律符合Darcy-Stokes耦合模型。针对塔河油田的流体特征,将现有的用来描述单相不可压缩流体流动的Darcy-Stokes模型扩展到油水两相的微可压缩流体,并根据未充填溶洞内压力差异小这一特征,对油水动量守恒方程进行简化,所得到的动量守恒方程在形式上与不可压缩流体的相同,但流体密度和粘度仍然是关于压力的函数。模型中引入了Beavers-Joseph-Saffman边界条件,并将该条件扩展到两相流。将Darcy-Stokes模型应用于数值试井,结果表明,尽管采用双重介质渗流模型和Navier-Stokes模型都可以得到很好的拟合效果,但是后者的解释成果更接近三维地震解释所预测的地质模型。     

牛顿流体在充满多孔介质圆管内的结构流特征

引入研究多孔介质流体流动的体积平均方法和体均原理,采用Darcy阻力经验公式和Forch-heimer修正,得到了多孔介质内流体流动的Brinkman-Forchheimer广义Darcy定律.提出了牛顿流体在充满多孔介质管道内的结构流概念,并通过边界层动量积分计算证实了流核的存在,获得了流核流速和流核半径的计算结果;分析了Darcy数和惯性参数对速度剖面的影响程度.     

Fractal Characteristics of Aerosols Deposition in the Fiber Surface

To study the effects of particle motion mechanism and size distribution on fractal dimension of dust cake structure,the process of aerosol particles deposition in fibrous filtration medium was simulated on basis of Diffusion-Limited Aggregation(DLA)improving model.In this study,effects of inertia movement and diffusion movement on particles deposition would be considered.In the mean while,ratio of inertia movement to diffusion movement was defined as Pe number.The results show that surface curve of dust cak...     

Large Eddy Simulation of Particle-Laden Turbulent Flow over a Backward-Facing Step

Particle diffusion in large eddy structures with various Stokes number was analyzed numerically for the two-dimensional gas-particle turbulent flow over a backward-facing step. The continuous phase simulation was analyzed using the large eddy simulation (LES) method while the particle phase was analyzed by the Lagrangian method. The spatial and temporal results were used to analyze the evolution of the large eddy coherent structures and the vortex-particle interactions. The effect of the particle Stokes number on the instantaneous particle concentration distributions was also discussed. The simulations of the single-phase flow reproduced the character of the separation and reattachment flow and the essential features of the coherent structures. Numerous and complex vortex structures appeared at the high Reynolds number. Furthermore, the simulation shows that the Stokes number plays an important role in the particle dispersion and the instantaneous particle distribution. The continuous phase time-averaged results and the particle phase time-averaged results obtained from the LES analysis agree well with previous experimental data.     

基于流阻率的吸声材料声学性能研究

运用加权残值法建立了两种介质相互作用的声学有限元计算方程式. 基于多孔纤维材料等效流体的经验公式,分析了复声速和复密度相对流阻率的变化规律. 针对不同多孔吸声材料结构布置形式,采用上述有限元计算方程和经验公式,计算得到随流阻率变化的传递损失. 结果表明,空气滤清器型结构传递损失随流阻率增加而增加;阻性消声器型结构传递损失随流阻率而变化的规律复杂,在计算频段内存在峰值.     

新型旋流分离一体机的分离性能分析

针对旋流器无法对粒径在10 μm左右的固相颗粒进行有效分离的问题,提出了一种过滤分离与旋流分离相结合的新型结构,并对内部流体速度场、压力场的变化和空气柱的稳定性进行了数值分析,对过滤介质的过滤通量和分离效率进行了实验研究.发现在相同操作参数和结构参数下新型旋流分离一体机具有更稳定的内部流场,内部速度、压力降更大,当粒径大于5 μm后旋流分离一体机的分离效率迅速提高,在10 μm 左右的固相颗粒的分离效率能够达到65%~85%,而实验所用普通旋流器的分离效率在60%以下.