植物叶片表面捕集气溶胶粒子特性数值分析

为研究单叶片植物表面捕集气溶胶粒子的效率与叶片长度、风速及迎风角的关系,采用数值方法在相似理论基础上求解描述植物叶片表面绕流特征的Navier-Stokes方程,考虑粒子布朗扩散和惯性碰撞捕集机理的联合作用,应用拉格朗日法追踪粒子运动轨迹信息,求解捕集机理联合作用下植物叶片表面粒子的捕集行为.由数值分析结果拟合出捕集效...     

单纤维对惯性颗粒稳态过滤捕集效率的数值模拟分析

采用计算机对单纤维稳态过滤捕集效率进行模拟分析,所选研究对象为惯性单分散颗粒,模拟分析中考虑拦截机理及碰撞机理作用,同时忽略扩散机理的影响.采用Kuwabara流场来表征单纤维表面的气流绕流特征,以计算粉尘颗粒运动的轨迹,计算分析了斯托克斯数St、拦截系数R及填充率c对稳态单纤维捕集效率的影响.研究结果表明:单纤维稳态过滤捕集效率均随St、R及c的增大而增大,单纤维稳态过滤捕集效率与填充率近乎呈线性增加的关系.模拟计算结果与文献研究结果基本吻合.     

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。     

纤维表面气溶胶粒子对流扩散沉积行为随机模拟

采用离散随机模拟方法模拟平行排列纤维表面超细气溶胶粒子的对流扩散沉积过程。以Kuwabara流场近似描述纤维附近区域流体的绕流特征,基于格子随机游走方法求解粒子对流扩散输运方程,以获得粒子在计算区域的运动概率。讨论纤维表面粒子沉积形成粉尘层的动态过程和粉尘层的形态结构特征与粒子输运机制的关系。研究结果表明:粉尘层的形态结构主要依赖于粒子的输运机制,以扩散输运机制主导(多因素归一参量Pe10)的粒子沉积过程将形成更为开放、松散的粉尘层结构;粒子沉积过程表现出粉尘黏附、粉尘树枝桥接和滤饼生长3个阶段;依据粉尘层填充率随粉尘层厚度的变化关系,粉尘层可分为滤饼基层、滤饼主体层和滤饼表层3个典型结构。     

方形截面纤维惯性与拦截耦合捕集效率数值计算与分析

采用数值方法计算方形截面纤维的过滤阻力和粒子的惯性与拦截耦合捕集效率。分析讨论纤维迎风角度(θ)和填充率(C)对粒子惯性与拦截耦合捕集效率、过滤阻力以及粒子沉积分布的影响。结果表明,纤维迎风角度对粒子捕集效率、过滤阻力的影响较弱,但对粒子沉积分布的影响显著。对于以拦截为主导捕集机理的小粒子过滤,方形纤维的捕集效率明显高于圆截面纤维,综合过滤性能更优。而对于大粒子过滤情形,方形纤维未表现出更优的过滤性能。在粒子惯性与拦截捕集机理均起重要作用时,迭加捕集效率严重低估了实际纤维的过滤效率。     

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。     

通风管道弯头内粒子沉积的模拟

采用数值方法对矩形弯头中的气溶胶粒子沉积规律进行了模拟,并分析了不同的弯头截面宽高比和弯曲比时粒子的相对沉积率,给出了输送过程中弯头内粒子的浓度场图谱.结果指出,粒子沉积率随弯曲比和粒子Stokes数的增加而上升,湍流扩散对小粒子沉积影响明显,但大粒子在弯头内的沉积主要受惯性作用控制.     

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.     

新型纤维过滤器的研究

由于空气洁净技术的迅速发展,研究和开发新型过滤器成为一个重要课题。建立了新型纤维过滤器的结构设想,同时建立了过滤器的物理模型及过滤阻力和过滤效率的数学模型。运用数值计算方法,解出气流在过滤器通道内的三维流场及过滤阻力;运用气溶胶粒子的“极限轨迹法”和“概率密度法”求得过滤效率;通过对八种不同开孔率和厚度的新型过滤器样品进行过滤阻力和过滤效率的实验研究,并与数学模型的预测值进行对比,验证了所建模型的正确性文章还分析了过滤器结构参数和运行参数对过滤阻力和过滤效率的影响规律。     

多翼离心风机叶轮内油性粒子沉积特性的数值研究

为了揭示多翼离心风机内部油性粒子沉积分布规律,减少风机内粒子沉积,采用Fluent离散相模型描述粒子运动,同时结合临界速度模型和用户自定义函数(UDF)建模油性粒子在壁面上的沉积,模拟研究了多翼离心风机内油性粒子的运动轨迹和沉积特性,并探究了颗粒直径对沉积分布的影响。结果表明：油性粒子沉积主要分布在叶片压力面,且靠近出口尾缘段尤为严重;由于进气条件不稳定,整机下内部流场更为紊乱,沉积情况也更为严重;大直径粒子受惯性力主导更容易沉积在叶片表面。针对油性粒子沉积分布规律及成因,提出了切割叶片减小叶片出口安装角从而减少叶轮内油性粒子沉积的方法。对于切割后的叶片,叶轮出口处流动分离区域减小,叶片尾缘段涡量减小,通过数值模拟和实验研究发现,叶轮内油性粒子沉积率分别下降了30.75%和30.66%,两者吻合良好,证实了提出的减小叶轮油性粒子沉积方法的有效性。     

Simulating Deposition of Aerosol Particles on Single Fiber Surface

The stochastic simulation method,based on the concept of control window and the numerical solution of the Langevin equation,is applied to solve the deposition problem of particles from the flowing suspensions onto a fiber collector. Using the Kuwabara model to characterize the flow field,the effects of Stokes number,interception parameter,packing density,particle size distribution on the collection efficiency,and the deposition morphology of particles onto a collector are examined. The morphology of deposit...     

可吸入颗粒污染物在下呼吸道运动和沉积规律的数值模拟

为研究受慢性阻塞性肺病影响的呼吸道内气固流动特性,建立了基于Weibel模型的5～8级三维肺部模型.气相采用标准k-ε湍流模型,颗粒相采用离散颗粒模型.三级呼吸道内模拟的气固流动特性与实验结果进行了对比验证.在呼吸强度为30,60和90 L/min条件下,模拟了稳态、非稳态吸气时第7级内侧呼吸道受慢性阻塞性肺病影响收缩...     

颗粒起动过程的数值模拟

目的采用欧拉-欧拉方法研究不同粒径沙尘颗粒起动规律。方法采用数值模拟的研究方法。结果在雷诺数为1.7×105时,分别计算了1.00,0.50,0.08 mm 3个粒径的沙粒起动过程。数值模拟的结果能够模拟出沙尘颗粒的3种运动过程,和实验现象吻合。结论对于粒径为1.00 mm和0.08 mm的颗粒来说,颗粒的起动总是首先发生在风速突变的地方;粒径越小的颗粒起动越快,即更容易发生起动过程。     

纤维束直接过滤积泥结构分形研究

通过对纤维束滤料积泥表面进行电镜照像及图像分析,得到了不同条件下积泥孔隙结构的分维数,并探讨了积泥孔隙分维数与过滤过程及直接过滤中混凝剂效果的关系,结果表明,分维数可用于研究积泥结构及其对过滤过程的影响,且可用于评价直接过滤中混凝剂的效果。     

机翼表面结冰数值模拟

分别采用欧拉-拉格朗日模型和多孔介质模型建立了空气绕流机翼流动、空气夹带过冷水滴运动和机翼表面冰层增长的数理模型,并进行了数值求解.获得空气绕流机翼流场、空气夹带的过冷水滴运动轨迹、机翼表面过冷水滴的收集系数分布、冰层厚度分布和冰层质量增长情况,并分析了攻角和过冷水滴直径等因素的影响.结果表明:水滴收集系数随着攻角和水滴平均直径的增大而增大;冰层覆盖整个机翼的前半部上下表面,以驻点附近最为集中,随时间增长而愈严重;随着功角增大,下表面积冰加重;但当攻角为15°时,总体结冰量却较之低攻角时减小.     

双模态颗粒声凝并微观行为的数值模拟

考虑颗粒间多种相互作用机理及颗粒碰撞后的凝并与反弹机制，建立声凝并微观动力学模型，对大粒径外加颗粒及两个邻近的亚微米细颗粒之间的声凝并微观行为进行数值模拟研究。结果表明，双模态颗粒声凝并行为主要表现为外加颗粒仅与一个细颗粒发生凝并，以及外加颗粒先后与两个细颗粒发生凝并，声尾流效应、重力沉降作用是双模态颗粒声凝并的重要机理。随着外加颗粒初始位置与波节间距的增大，外加颗粒与较近细颗粒的平均凝并时间变化很小，两者形成的团聚体与较远细颗粒的平均凝并时间显著缩短；外加颗粒距离波节很近时，其仍能与较近的细颗粒发生凝并。对于外加颗粒与较近细颗粒以及两者形成的团聚体与较远细颗粒的凝并，随着外加颗粒直径的增加，平均凝并时间显著缩短，凝并概率先增加而后趋于恒定。     

考虑沥青质沉积的储层压力场数值模拟研究

油藏开发过程中,随着储层压力的下降和轻质组分的采出,原油中的胶质、沥青质等重质成分逐渐析出并沉积在岩石孔隙表面,造成渗流通道的堵塞,进而影响开发效果。文章根据相平衡理论和修正的Flory-Huggins溶解理论,建立了沥青质的溶解模型和沉积模型,并结合毛管束模型,建立了考虑储层渗透率、孔隙度变化的流固耦合渗流模型,并对模型进行了求解。研究结果表明,随着储层压力降低,沥青质的溶解度先减小后增大,在饱和压力处取得最低值,为减少沥青质析出对开发效果的影响,应尽量使地层压力保持在饱和压力附近;沥青质沉积主要发生在近井地带,随着井距的增大,沥青质沉积量逐渐减小,对储层渗透率、孔隙度的影响也逐渐变弱;压力场求解结果表明,当考虑沥青质沉积时,生产井附近渗流阻力增大,地层压力衰减加快。     

壁流式过滤体捕集微细颗粒过程的数值模拟

压降是评价过滤体性能的重要指标。针对壁流式过滤体捕集微细颗粒物的过程,建立了描述通道内流场和颗粒层分布的一维非稳态模型。通过数值计算,研究了颗粒层滑移对颗粒层分布和过滤压降的影响,同时研究了过滤体结构参数与来流参数对过滤压降的影响。研究结果表明:颗粒层分布直接影响过滤压降,随着颗粒层滑移效应的加强,颗粒层由平坦转向直线递增型分布,过滤压降则先增后降;增加过滤体长度有助于降低过滤压降;增加过滤体孔目数,增加了过滤体工作初始阶段的压降,但可降低高颗粒沉积量时的过滤压降;此外,随来流流量和颗粒浓度的增加,过滤压降增加。     

北京市局部大气沉降颗粒表面成分分析

采用X射线光电子能谱（XPS）对大气沉降颗粒表面元素组成和元素的存在形式进行分析,发现其表面含有Al、Ca、Si等地壳元素和C、N、O等轻元素。Al、Si、Ca等地壳元素的原子数分数总和高达16.4%,表明大气颗粒物的沉降过程伴随着地壳元素的累积;元素S与N的原子数分数比值接近1,表明没有足够的碱性物质NH₃中和酸性物质SO₄^2-,沉降颗粒表面呈现酸性。结合高分辨率XPS图谱分析,发现沉降颗粒物表面的含碳物质以有机含碳化合物为主,同时存在少量的无定型碳;而氮元素则主要来源于以NO_x、NH₄⁺为主的无机氮和以吡啶氮为主的有机氮。