荷电液滴吸附细颗粒物的数值模拟分析

为了研究静电湿式除尘中荷电液滴对细颗粒物的吸附特性,考虑了黏性阻力、重力以及静电引力的作用,通过求解牛顿方程获得耦合场下荷电液滴周围细颗粒物的运动轨迹方程,建立了静电力和气动力共同作用下细颗粒物粒子运动的数值模型,模拟2维空间中荷电液滴周围细颗粒物的运动轨迹,给出了不同斯托克斯数以及库仑数下细颗粒物的沉积效率,获得影响荷电液滴吸附细颗粒物效率的主要参数及其作用机制,模拟结果与试验数据较为吻合.结果表明:单个大尺寸的液滴的吸附面积比略高于小尺寸的液滴,而相同气液比下小粒径液滴具有更高的吸附效率,静电湿式除尘对粒径在1到10μm间的细颗粒物具有最佳的吸附效果.     

荷电液滴撞击织物表面铺展特性的试验

基于显微高速摄像技术对荷电液滴撞击多孔织物后的铺展行为进行了可视化研究,并结合图像后处理技术获得了液滴撞击多孔织物表面后液滴表面张力、荷电电压以及初始速度等参数对液滴在织物表面的铺展因子随时间变化的影响规律.结果表明:液滴撞击织物表面后的最大铺展因子和铺展速率都随着液滴撞击初始速度或者表面活性剂质量分数的增大而增大;随着荷电电压的增大,液滴最大铺展因子总体呈增大趋势;撞击初始速度增大后,液滴在织物表面的最大铺展因子会在液滴荷电电压为4 kV时达到最大值,并且当速度增大到一定值时,荷电液滴会产生破碎.     

静电喷雾除尘适于微细粉尘的理论分析

简要介绍了静电喷雾除尘机理及影响其除尘效率的几个因素．利用类比方法，通过分析荷电液滴与荷电粉尘之间的库仑力、荷电液滴与未荷电粉尘之间的镜象力与粉尘重力之比，从理论上解释了静电喷雾除尘适于微细粉尘的机理     

直流电压下植被燃烧颗粒在火焰间隙中的运动分析

近年来山火引起输电线路跳闸事故频发.植被燃烧产生的荷电颗粒畸变电场、产生触发放电是引起间隙放电的关键因素.在正负极性直流电压下,荷电颗粒运动和分布的差异对击穿电压有较大影响.为此,建立简化模型进行温度、流体、电场和颗粒运动的多物理场耦合分析.首先根据典型植被火焰燃烧的放热率,仿真计算温度和流体速度.然后结合流体场和电场,仿真分析不同极性颗粒的受力过程.结果表明,在靠近火焰中部的颗粒受曳力和电场力作用更大,更容易被电极吸附或排斥;荷质比越大,颗粒其受电场力和曳力作用越大.最后分析了不同极性颗粒的运动和分布规律.     

旋杯式静电雾化荷电特性的试验

基于旋杯式离心雾化技术和静电雾化技术在药液喷洒过程中的优势,设计了一种旋杯式静电雾化装置.首先对雾化液滴的荷电性能进行试验研究,然后结合高速数码摄影技术探讨了荷电对雾化机理及特性的影响规律.结果表明:旋杯式静电雾化液滴的荷电性能与旋杯边缘液帽或液丝直径的大小有关,液帽或液丝直径越小,雾化液滴的荷质比及其增长速率越大;We数较低时,滴状分裂模式下,增加荷电电压,滴状分裂模式逐渐向丝状分裂模式转变,雾滴索特尔平均粒径逐渐减小;We数较高时,丝状分裂模式下,增加荷电电压对索特尔平均粒径及雾化过程的影响减弱,能够改善雾滴粒径分布的均匀性.     

电压对静电喷雾金刚石线锯切割质量的影响

为了改善金刚石线锯切割中切割液的润滑冷却效果,提高工件切割质量,利用静电喷雾供液方式替代传统浇注供液方式,并对静电喷雾供给的切割液荷电液滴进行了运动学分析,仿真研究了不同电压下荷电液滴的吸附特性.在此基础上进行了切割液浇注供给方式和静电喷雾供给方式的金刚石线锯切割试验,以切割后的崩边宽度和表面粗糙度作为切割质量的评判参数.结果表明:与浇注式供液方式相比,静电喷雾式供液方式能够有效地降低崩边宽度和表面粗糙度;当荷电电压为-6 k V时,崩边宽度和表面粗糙度达到最小值,分别为44.78μm和0.409μm.     

荷电喷雾脱硫试验

在模拟烟气流动情况下对荷电雾化特性及喷雾脱硫进行了试验研究,获得了雾滴索太尔直径、雾滴荷质比、喷雾流量密度及不同荷电电压下的烟气脱硫效率等.液体荷电后,表面张力下降,内外压强差增强,雾滴粒径减小,改善了液体的雾化性能,增加了液体与SO2的接触面积,加剧了化学反应;此外电场对液体中存在的离子也可能产生一定的影响,雾滴荷电后其内部Ca2 、Mg2 离子在电场力作用下向表面的运动在一定程度上提高了离子活性,增加了吸收速度,脱硫效率必然得到提高.试验结果表明,在钙硫比为0.8的情况下,荷电比非荷电脱硫效率提高约6%.     

外混式双流体雾化器荷电喷雾流场特性

利用PIV技术对气液两相流场与电场耦合作用下的外混式双流体雾化器荷电喷雾流场特性进行了测量研究,设计了一种带环形气幕的荷电感应装置,以控制喷雾射流在感应荷电过程中出现的液滴卷吸.结果表明:当水流量Q由20 L·h-1增加到36 L·h-1时,射流核心区速度增大,喷雾结构逐渐呈现非对称性,随着流量的增大非对称性越明显;扇形压力pR、雾化压力pB对喷雾流场的对称性及喷雾锥角的变化起重要作用;高压静电作用使得喷雾锥角略微增大,上卷吸现象明显并出现涡旋结构,长时间工作时电极环易积液;电极环气幕压力为100 k Pa时,其低压气流可以有效弱化细小液滴的上卷吸运动,解决电极环积液问题,荷电双流体雾化器运行稳定.     

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.     

匀强电场下分散相液滴的聚并

为了探究运行参数对分散相液滴的运动、聚并过程的影响,采用VOF(volume of fluid)方法捕捉分散相与连续相的流体间界面,利用漏电介质模型模拟均匀静电场,研究了电场强度、液滴粒径、液滴表面间距和液滴相对位置(液滴中心连线与电场强度方向夹角)对处于均匀电场中离散相多液滴聚并行为的影响,通过理论分析了液滴聚并过程影响因素,并与数值计算结论进行了对比.结果表明:分散相液滴聚并效率与电场强度、液滴粒径比、液滴表面间距以及液滴的相对位置有关;随着电场强度的增加,液滴的聚并效率显著增强;随着液滴表面间距以及液滴相对角度的增大,聚并效率有所降低;液滴粒径比对聚并效率亦产生影响,当液滴粒径差距较大时,液滴的聚并效率有所降低;电场强度对聚并过程的影响较为复杂,当外加电场强度持续增大时,液滴难以发生聚并,液滴被拉长后产生破碎或者弹开现象,存在阻碍液滴聚并的临界场强.     

表面活性剂影响下细水雾吸附细颗粒物特性的试验

为了探讨细水雾吸附细颗粒物的机理,利用含有风送结构的喷雾系统对表面活性剂影响下不同粒径细水雾脱除细颗粒物特性进行了试验研究,获得了液滴粒径、表面活性剂质量浓度及风送速度对细水雾降尘率的影响规律.结果表明:细水雾降尘率随着水雾粒径的减小先提高后下降,存在最大降尘率;在纯水中添加表面活性剂能大幅提高不同粒径水雾对细颗粒物的降尘率,且粒径越小提升效果越明显;随着溶液中表面活性剂质量浓度的增大,降尘率基本呈上升趋势,同时当水雾粒径较大时,低速风送对纯水及表面活性剂溶液的降尘率均有提升效果.     

稀土元素与腐殖酸在水合氧化铁体系中的吸附机制

实验考察稀土元素(La3 、Ce3 、Ho3 、Yb3 )在水合氧化铁表面的吸附动力学过程,对比研究腐殖酸对吸附机制的影响.当腐殖酸与稀土元素共存时,腐殖酸通过化学吸附优先占据氧化铁表面的吸附点位,颗粒物表面特性因覆盖有机膜而得到修饰.初期的动力学过程主要表现为腐殖酸的竞争吸附,随后转变为吸附态腐殖酸对稀土元素的表面结合.轻稀土因较强的结合能力而比重稀土易于被吸附去除,这与天然水体中发生的稀土元素分异现象保持一致.     

永久磁铁放电极电晕放电的磁增强放电特性及其对细小粉尘荷电的影响

研究了一种新型的磁增强预荷电技术,采用永久磁铁作为预荷电器的放电极,提高对微小气溶胶颗粒的荷电效率.对永久磁铁放电极的放电特性进行了测量,并与传统的放电极进行了比较.还分别采用传统的预荷电器和新型的永磁放电极电晕放电预荷电器对细小气溶胶颗粒进行荷电,并对其伏安特性曲线和除尘效率进行了测量和比较,初步分析了永磁放电极电晕放电预荷电器的荷电机理, 极间区域自由电子和负离子浓度的增加,有效地增强了离子的扩散荷电机制和自由电子的荷电机制.因此这种新型的磁增强预荷电技术在捕集细小气溶胶颗粒方面有着广泛的应用前景.     

磁增强负电晕放电特性和荷电方式研究

研究了磁增强负电晕放电特征,分析了这一过程的放电特性和磁场对极间不同区域的影响,比较了磁增强预荷电器和传统的预荷电器对静电增强过滤器效率的影响.结果表明:在磁增强负电晕放电中,磁场能有效地提高负离子和自由电子的浓度;磁增强负电晕放电自由电子的拉莫运动提高了放电电极附近的电离程度,使放电电流明显增长,使更多的正离子在电晕区积累,形成了和原电场方向一致的正离子电场,进一步增强电离,电晕区中积累的正离子形成的电场削弱了荷电区原电场强度;磁场的应用对扩散荷电机制有增强作用,对电场荷电机制不利.     

静电对微粒光散射单分散特性作用与影响

针对光散射测量技术中微粒光散射多峰现象对测量结果的影响问题展开了研究,其中对光敏区中微粒几种运动的随机性所产生的光物理机制进行分析,并根据分析结果,建立了荷电微粒模型．分析研究了静电对于光敏区运动微粒的作用及其对单分散特性的影响．提出了在喷嘴处加载高位静电场给微粒荷电,利用荷电微粒间的Coulomb作用力,从而可有效地减弱非单分散随机现象的发生几率,最终改善微粒粒度分布光散射测量法的测量效果．     

基于界面追踪法的双液滴流动特性数值模拟

基于界面追踪法(front-tracking method,FTM)建立了重力场中多个气液界面间相互耦合的数值模型。以两个液滴的自由落体运动为研究对象,在不同Reynolds数(Re)、Eotvos数(Eo)和液滴初始中心距的情况下进行数值分析。研究结果表明:当液滴初始中心距较大(Lc/D≥4)时,两个液滴间的相互作用很小,对液滴的变形和运动过程不产生影响,而此时液滴的运动特性由Re和Eo决定;当液滴初始中心距较小(Lc/D=2)时,液滴在下落过程中的变形是不对称的,并且液滴会相互排斥,在大Re和Eo时,这种现象更加明显。     

雾滴内部流动及二氧化硫吸收过程的数值模拟

喷雾烟气脱硫过程中液滴在流场中运动时,在表面剪切力的作用下形成内部循环流动,影响液滴内部传质特性,进而影响雾滴吸收SO_2的过程.以单个悬浮液滴为研究对象,采用VOF(volume of fluid)方法计算了不同雷诺数下雾滴内部流动特性和SO_2气体在水雾雾滴内部的扩散,探讨了不同雷诺数下雾滴表面的速度分布以及雾滴内部循环流动对雾滴内部SO_2浓度分布的影响.数值计算结果表明:气流流场中的液滴与气流存在相对运动时,在表面剪切力的作用下液滴内部会产生2个相互对称的涡流,涡心距离液滴中心的距离为2/3R_d,涡流速度随着雷诺数的增加而增大.雾滴对SO_2的吸收过程受到2种机理的控制:一种是在浓度梯度推动下向雾滴内部的径向扩散;另一种是雾滴内部循环流动诱发的扩散传质.通过SO_2在雾滴中径向扩散时间与涡流形成的特征时间、内部循环流动诱发SO_2传质的特征时间的对比,表明在雾滴内部,循环涡流流动对吸附传质过程具有重要的影响,随着雷诺数的不断增加,雾滴内部循环流动对SO_2传质影响逐渐增大.     

基于FTM的双液滴流动特性数值模拟

基于界面追踪法（Front-Tracking Method,FTM）建立了重力场中多个气液界面间相互耦合的数值模型。以两个液滴的自由落体运动为研究对象,在不同Reynolds数(Re)、Eotvos数(Eo)和液滴初始中心距的情况下进行数值分析。研究结果表明：当液滴初始中心距较大(Lc/D≥4)时,两个液滴间的相互作用很小,对液滴的变形和运动过程不产生影响,而此时液滴的运动特性由Re数和Eo数决定;当液滴初始中心距较小(Lc/D=2)时,液滴在下落过程中的变形是不对称的,并且液滴会相互排斥,在大 Re数和Eo数时,这种现象更加明显。     

基于液滴分析的喷雾闪蒸海水淡化模拟研究

喷雾闪蒸海水淡化中液滴的闪蒸特性对于设备优化设计具有重要意义.建立了描述盐水液滴闪蒸过程的数学模型,模型考虑了液滴内部温度梯度及液滴表面的辐射换热.通过模拟计算,揭示了液滴闪蒸特性与空间距离的关系,分析了液滴初始速度、初始直径、初始盐度、初始温度以及喷射方向等参数的影响.结果表明,减小液滴初始直径、增大液滴初始速度,均有利于提高闪蒸速率;提高液滴初始温度,能够改善闪蒸效率;升高液滴初始盐度,闪蒸的速率和效率均下降;向上喷射时液滴闪蒸临界距离更短,闪蒸效率更高.     

表面活性剂增强喷雾对褐煤细颗粒物的抑制

针对喷雾法对褐煤粉尘抑制性能较差的问题,对比了8种表面活性剂的表面张力和对褐煤粉尘的润湿性能,并研究了表面活性剂的添加对溶液雾化性能的影响.最后在模拟试验平台开展了喷雾抑尘试验.试验结果表明,褐煤粉尘表面的化学结构使得褐煤具有较强的疏水性,表面活性剂对褐煤粉尘的润湿性能不仅取决于表面张力还取决于表面活性剂自身的结构.表面活性剂的加入可以同时降低液滴的平均粒径并使得液滴的运动速度加快,增强其对细颗粒物的捕集性能.添加表面活性剂可以提高传统喷雾法对褐煤细颗粒物的抑尘效率,其中非离子表面活性剂曲拉通X-100溶液的抑尘性能最佳.装置内细颗粒物的质量浓度和数量浓度下降为15.13 mg/m~3和1.0×10~6 cm~(-3).对比采用纯水喷雾的方法,其质量浓度抑尘效率从53.7%上升到91.6%.