荷電液滴捕集顆粒物機理和特性的研究.pdf

1、顆粒物污染嚴重影響公共健康和經(jīng)濟發(fā)展，我們國家尤為嚴重。大氣顆粒污染物成分復雜，區(qū)域分布差異性明顯，從源頭上限制顆粒物排放是治理顆粒物污染的最有效途徑之一。靜電噴霧降塵是一種結合傳統(tǒng)噴霧除塵和靜電除塵的新技術，能夠高效脫除煙氣等排放源中的顆粒物，尤其是PM10和PM2.5等細顆粒物，具有良好的應用前景。靜電噴霧降塵過程涉及氣-液-固多相流動及多場耦合等問題，降塵機理十分復雜，基礎理論尚不完善。本文以此為背景，對荷電液滴捕集顆粒物過程中顆

2、粒在氣相介質中的運動、顆粒與液滴自由界面的相互作用等問題進行了實驗和數(shù)值模擬研究，旨在為靜電噴霧降塵技術的發(fā)展提供必要的理論基礎。本文的研究工作主要包括：
　　1.對荷電液滴捕集顆粒物的過程進行了可視化研究。利用高速數(shù)碼攝像結合顯微放大技術捕捉了懸垂荷電液滴吸附顆粒物過程。獲得了顆粒在氣相介質中運動的瞬時受力和荷電量等關鍵參數(shù)對顆粒物運動的影響規(guī)律，同時為數(shù)值模擬研究提供必要的實驗數(shù)據(jù)。
　　研究了顆粒物撞擊荷電液滴的動力學

3、行為。顆粒撞擊荷電液滴有幾率出現(xiàn)反彈現(xiàn)象。研究首次發(fā)現(xiàn)顆粒對荷電液滴的撞擊角小于85°時反彈概率接近50％。顆粒傾斜撞擊荷電液滴產(chǎn)生的切向速度分量能夠極大地削弱由液滴表面提供的粘附力，并且傾斜撞擊也會降低顆粒的法向撞擊速度，減小其潤濕面積，進一步削弱粘附力作用，致使顆粒極易脫離液滴表面。顆粒脫離后極性與液滴相反，受庫侖斥力影響被排斥逃逸。
　　研究了荷電液滴捕集顆粒微團的機理和特性。通過觀察捕集過程中顆粒微團的動力學行為，發(fā)現(xiàn)荷電

4、液滴對顆粒微團的捕集效率較低。顆粒微團較大的體積使其在運動過程中吸收大量氣體電離產(chǎn)生的空間自由電荷，導致部分顆粒微團極性與荷電液滴一致，在到達液滴表面以前受庫侖斥力作用被排斥逃逸。到達液滴表面的顆粒微團由于結構松散，在撞擊液面后解體，大部分子顆粒被排斥逃逸。另外，顆粒微團在氣相介質運動的過程中出現(xiàn)了“同極性相互吸引”現(xiàn)象，即大小不同但極性相同的顆粒微團首先聚并，然后向荷電液滴運動。本文推導了同極性顆粒微團相互聚并的臨界條件。
　　

5、2.對荷電液滴捕集顆粒物過程進行了數(shù)值模擬研究。以實驗研究為基礎，綜合考慮顆粒的粘附、反彈和浸入等動力學行為，建立了基于歐拉-拉格朗日方法的荷電液滴捕集顆粒物模型。數(shù)值模擬了懸垂荷電液滴捕集顆粒物過程并與實驗結果進行對比，驗證了模型的有效性。對氣流作用下荷電液滴捕集顆粒物過程的多相流場進行了數(shù)值模擬，探討了斯托克斯數(shù)(St)和庫侖數(shù)(Kc)對荷電液滴捕集能力的影響，給出了荷電液滴高效捕集顆粒物的參數(shù)區(qū)間。
　　3.對顆粒物在荷電液

6、滴表面沉積特性進行了可視化研究。首次利用設計的實驗裝置觀察了荷電液滴經(jīng)自由落體捕集顆粒物并在載玻片上鋪展后顆粒物的沉積情況。分析了液滴下落高度和荷電量等關鍵參數(shù)對顆粒物沉積特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，與非荷電工況相比，荷電液滴對顆粒物的捕集量高一個數(shù)量級以上；被捕集顆粒在液滴表面受毛細力影響會出現(xiàn)相互吸引現(xiàn)象，即液滴表面顆粒物發(fā)生明顯團聚；液滴的迎風面為主要捕集區(qū)域，但顆粒物實際沉積區(qū)域小于液滴的半球面；在有限的雷諾數(shù)范圍內，液滴對顆粒物的吸