袋式除尘设备用表面过滤材料净化性能的模拟与实验研究

论文摘要

过滤净化是环境科学领域存在的较为重要的问题，对粉尘进行过滤净化存在着过滤介质随捕集粉尘的沉积，过滤介质压力损失及能耗随过滤时间剧烈增加，过滤介质需经常清灰及更换等问题，提高粉尘捕集效率、优化过滤运行过程、降低过滤运行成本，减少能耗，研发高效、低阻、易清灰的新型过滤介质是多年来众多学者及科研工作者的追求目标。为此，本课题围绕粉尘过滤净化问题，开展研究，研究重点为减少工业粉尘过滤压力损失及优化选择过滤材料等问题。本课题研究对如何进行优化过滤运行及优化选择和设计过滤介质等问题进行了理论、实验及模拟研究。本课题主要研究内容及研究结果包括：(1)考虑了粉尘颗粒在过滤介质中的沉积，根据质量守恒定律，建立了粉尘浓度在纤维过滤介质分布的数学模型，分别在单纤维捕集系数固定不变及随粉尘沉积质量变化两种情况下，对粉尘浓度分布数学模型进行了理论求解，得出了非稳态捕集效率的理论计算公式，传统过滤理论捕集效率计算公式为本模型理论的特例，通过相关实验研究分析，证明了本数学模型的两种理论求解结果，虽然在形式上有所不同，但计算结果基本一致。(2)通过对传统过滤效率理论计算公式中各影响因素进行分析计算，获得大量的数据，并对其进行回归统计分析，得出了捕集效率计算的经验模型，以便于预测及评价过滤介质的捕集效率，为计算多分散粉尘颗粒捕集总效率，提供了计算方法及途径。(3)建立非稳态压力损失的机理及经验模型，通过对国产纤维滤料的性能测试研究，对模型进行验证，为国产滤料应用于粉尘控制，积累了研究数据及资料。(4)在假设条件下，开发可视化粉尘颗粒物在纤维滤料中沉积的计算机仿真模拟程序，模拟粉尘沉积及过滤过程，研究滤料及粉尘颗粒物特性与过滤性能之间的相互关系，对模拟实验结果与实测结果进行对比，取得必要的修正及参数，便可利用计算机模拟研究替代实验进行过滤介质的优化选择及设计。(5)通过建立的计算机随机沉积模型，采用计算机进行大量的计算，研究不同粒径的颗粒物沉积与不同纤维直径及间距的互相关系等问题，为滤料结构的合理设计创立条件，为开发新型滤料提供理论依据。通过计算机模拟分析，得出了粉尘粒径、纤维直径及过滤介质填充率与捕集效率和压力损失的相关关系，提出梯度滤料具有较好的过滤特性的滤料设计思想。(6)对计算机模拟形成的粉尘层，引入分形理论，研究单分散和多分散粉尘颗粒群的几何特征，用分形维数这一简单的数值，表征复杂的粉尘颗粒物沉积群的形态，研究粉尘层的孔隙率与其粒径及分形维数的关系，探讨粉尘分维数在粉尘控制技术中应用的可行性及应用途经。(7)将新的滤料设计思想应用于新型滤料研发中，研制出具有高效、低阻及易清灰特性的梯度滤料，其压力损失低于覆膜滤料。并将其应用于电厂过滤除尘系统中，解决了过滤运行中能耗过大的问题，为袋式过滤除尘器应用于电厂除尘中积累了经验。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号索引
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 含尘气体过滤净化技术的研究进展
• 1.2.1 含尘气体过滤理论的研究进展
• 1.2.2 过滤捕集效率的研究进展
• 1.2.3 压力损失的研究进展
• 1.2.4 过滤计算机模拟的研究进展
• 1.3 课题的研究意义及内容
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 本课题研究解决的主要问题
• 1.4 拟采取的研究方法和技术路线
• 1.5 本课题的创新点
• 第2章 表面过滤材料的过滤效率数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 数学模型建立的理论基础
• 2.2.1 假设
• 2.2.2 数学模型的建立
• 2.3 B为常量时数学模型求解
• 2.3.1 简化条件一求解
• 2.3.2 简化条件二求解
• 2.3.3 简化条件三求解
• 2.3.4 简化条件四求解
• 2.4 B为变量时数学模型求解
• 2.4.1 单纤维在含尘状态下的捕集系数
• 2.4.2 数学模型的简化
• 2.4.3 简化模型求解
• 2.5 结果分析
• 2.5.1 求解结果与相关研究文献对比
• 2.5.2 求解结果实例验证
• 2.5.3 求解结果分析
• 2.6 表面过滤材料过滤效率的经验模型
• 2.6.1 经验模型建立的基础
• 2.6.2 表面过滤材料净化效率的经验模型建立
• 2.7 本章小结
• 第3章 表面过滤材料压力损失的数学模型
• 3.1 引言
• 3.2 表面过滤材料压力损失的数学模型
• 3.3 压力损失模型的实验验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 表面过滤材料净化过程的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 研究目的及研究方法
• 4.2.1 研究目的
• 4.2.2 研究方法
• 4.2.3 计算机模拟模型的建立
• 4.2.4 计算机模拟程序流程图
• 4.3 粉尘过滤行为的计算机模拟
• 4.3.1 计算机模拟程序设计概述
• 4.3.2 程序主界面
• 4.3.3 模拟结果输出
• 4.4 模拟模型中存在的缺陷
• 4.5 模拟结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 滤料结构设计的数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 影响滤料特性的参数
• 5.2.1 滤料结构的电镜扫描图
• 5.2.2 纤维过滤介质结构特性参数
• 5.2.3 滤料孔隙率的测试及常用国产滤料孔隙率
• 5.2.4 滤料结构模型的简化及其孔隙率
• 5.3 计算机优化选择及设计滤料的方法
• 5.3.1 优化选择滤料的重要意义
• 5.3.2 计算机优化选择及设计滤料的可行性
• 5.3.3 优化选择存在的问题及缺陷
• 5.4 滤料纤维直径及间距与捕集效率和压力损失的关系
• 5.4.1 滤料纤维直径与捕集效率和压力损失的关系
• 5.4.2 滤料纤维间距与捕集效率和压力损失的关系
• 5.4.3 滤料纤维孔隙率与捕集效率和压力损失的关系
• 5.5 本章小结
• 第6章 分形理论用于粉尘层生成过程的数值模拟
• 6.1 引言
• 6.2 粉尘层研究的意义及研究现状
• 6.2.1 分形的定义
• 6.2.2 粉尘层分形研究的目地及意义
• 6.2.3 粉尘层分形研究进展
• 6.3 粉尘层生成的计算机模拟
• 6.3.1 粉尘层的生成
• 6.3.2 粉尘层形成简化模拟模型的建立
• 6.3.3 粉尘沉积形成粉尘层的程序设计
• 6.4 粉尘层结构的分形维数模拟研究
• 6.4.1 粉尘层孔隙率及粉尘无因次密度
• 6.4.2 等粒径粉尘模拟形成粉尘层的分析一
• 6.4.3 等粒径粉尘模拟形成粉尘层的分析二
• 6.4.4 非等粒径粉尘模拟形成粉尘层的分析
• 6.5 粉尘层结构需进一步研究的问题
• 6.6 本章小结
• 第7章 工程应用案例
• 7.1 引言
• 7.2 工程应用一
• 7.2.1 工程设计主要参数
• 7.2.2 除尘工程设计
• 7.2.3 环境效益分析
• 7.3 工程应用二
• 7.3.1 工程设计主要参数
• 7.3.2 除尘工程设计
• 7.3.3 环境效益分析
• 7.4 本章小节
• 第8章 主要研究结论与进一步研究的问题
• 8.1 主要研究结论
• 8.2 研究中存在的主要问题
• 8.3 有待进一步研究解决的问题
• 参考文献
• 博士期间发表论文
• 致谢