超细颗粒物微观团聚机理数植模拟研究

论文摘要

燃煤电厂现有除尘设备对超细颗粒物（PM2.5）的脱除效率较低,大量超细颗粒物排放到大气中造成环境严重污染。同时超细颗粒物富集多种重金属化合物,对人类的健康和生态环境产生的危害更大。由此所带来的严重环境污染问题已引起了国内外的广泛关注。采用化学团聚促使超细颗粒物团聚长大后加以除去的方法,开辟了一条超细颗粒物的排放控制新思路。本文对超细颗粒物化学团聚微观吸附机理进行了蒙特卡罗模拟,同时对团聚室内流场进行了fluent模拟以及气-固-液多相流蒙特卡罗模拟。首先分析蒙特卡罗算法求解团聚过程,可分为三个步骤:构造团聚虚拟颗粒和液滴过程、团聚颗粒或液滴的抽样过程、团聚颗粒粒径估计。分析团聚现象,可知团聚核函数包含吸附核、破碎核、蒸发核。此外,通过絮凝理论和团聚核函数分析,分别考虑分配和嵌入两种团聚机制,建立相应的团聚模型。然后选用水处理中最新的絮凝模型,采用蒙特卡罗算法,考虑两种团聚作用机制,分别讨论三个微米区颗粒的团聚絮凝过程,研究颗粒尺度分布、颗粒数目和平均粒径的变化,同时考虑破碎对团聚过程的影响。结果表明,对于0.1μm颗粒,团聚后期团聚几率较小;对于1μm颗粒,即使团聚液滴较少,团聚后期团聚几率也较大;对于2.5μm颗粒,团聚剂流量不能过大,否则将降低团聚效率;最后应用湍流流动模型,和气-液-固多相流模型分别对实验团聚室和电厂团聚室进行fluent模拟,研究团聚室内流场对团聚过程的影响。为了弥补fluent中无法加入团聚核函数,自行编辑了气-固-液多相流程序,研究了实际流动中的颗粒间团聚过程。结果表明,团聚室内喷头下方的回流区,可以使烟气和团聚液滴发生卷吸,增加颗粒和液滴的作用时间,增强团聚效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 燃煤超细颗粒物的形成
• 1.3 燃煤超细颗粒物团聚技术
• 1.4 课题的研究内容
• 2 超细颗粒物团聚理论及蒙特卡罗算法
• 2.1 超细颗粒物团聚理论概述
• 2.2 基于絮凝理论的团聚模型
• 2.3 蒙特卡罗算法概述
• 2.4 本章小结
• 3 超细颗粒物的蒙特卡罗模拟
• 3.1 团聚蒙特卡罗模拟概述
• 3.2 不考虑破碎的团聚模拟
• 3.3 考虑破碎的团聚模拟
• 3.4 本章小结
• 4 团聚室流场fluent 及气-固-液多相流模拟
• 4.1 团聚室内流动模型概述
• 4.2 团聚室内流场fluent 模拟
• 4.3 团聚室气-固-液多相流模拟
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文内容总结
• 5.2 下一步工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文