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基于ESP粉尘颗粒收尘机理建模研究

作　者: 王威
导　师: 王涌
学　校: 浙江工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电除尘数值仿真流场分析粉尘堆积除尘效率
分类号: X701.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

国家空气质量标准的日益提高对静电除尘理论研究和创新设计提出了更高的要求。如何有效地提高除尘效率,降低出口粉尘浓度,成为当前电除尘研究的重点问题。电除尘理论研究的需要众多的实验验证,存在精确测量难度大、试验周期长和受研究设备约束等问题,难以从整体上把握结构的优化设计。除尘过程的仿真模拟能够有效提供现实条件模拟和验证分析,简化了理论验证过程和现场调试环节,为电除尘器的设计和运行提供重要参数,具有广泛的社会、经济、环境效益。除尘理论分析、数值模拟和实验验证相结合的研究方式已成为当前除尘领域研究的主流方法。本文对电除尘过程空间电场、粉尘输运与浓度分布、粉尘层堆积和面电荷形成与耗散进行数学建模,通过数值仿真结果分析对除尘效率的影响因素,使除尘器理论模型精确度更高、适应性更广泛。本文的主要工作和创新点如下：1.研究静电除尘器的除尘机理,提出粉尘层堆积数学模型与电荷形成与耗散的数学模型。通过分析空间电场、气流流场和粉尘输运浓度分布数学控制方程,建立除尘模型数值仿真的算法流程。本文采用流体仿真软件FLUENT对流场流速和气压分布进行求解,空间电场和粉尘输运方程采用有限差分的方法进行离散,分析求解区域的边界条件并进行差分处理,通过Matlab软件对整个振打周期进行迭代数值计算。2.考虑除尘过程粉尘层沉积电荷对降低除尘效率的影响。提出在除尘器振打周期内受到堆积电荷的影响,电除尘的收尘效率数值是非稳态的。数值结果探讨在振打周期内,沉积电荷层对空间电场、粉尘驱进、粉尘层沉积和电荷堆积速率的削弱作用,并提出保持理想除尘效率的振打清灰时间,为制定的除尘参数控制策略提供参考依据。3.研究电除尘器中空间电场和粉尘浓度分布规律。线板距比例对电场强度分布有较大影响,获取均匀电场需控制板线距比例在0.5-1,对窄极板除尘器需要增大板线距。同时探讨极板表面湍流效应对流场的影响,探讨粉尘空间浓度分布、粉尘堆积、电荷沉积过程与除尘效率作用关系。本文建立的数学模型为除尘理论创新研究进行了精确描述,并为推进电除尘器的创新设计提供理论计算模型。同时为电除尘器运行的提供了参数优化方向,用于提高电除尘器整体除尘效率,实现环境保护和增加社会效益的双重目标。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题背景及意义  11-13
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  13-15
  1.3 论文的主要研究内容与创新点  15-17
第2章静电除尘器理论与粉尘特性  17-25
  2.1 电除尘器的结构  17
  2.2 静电除尘器工作原理  17-18
  2.3 影响除尘效率的因素  18-20
    2.3.1 粉尘粒径分布对除尘效率的影响  19
    2.3.2 粉尘二次飞扬对除尘效率的影响  19-20
  2.4 粉尘荷电机制  20-22
    2.4.1 电场荷电  20-21
    2.4.2 扩散荷电  21-22
    2.4.3 粉尘荷电的综合考虑  22
  2.5 带电粉尘的驱进速度  22-23
  2.6 电晕电流密度初值条件  23
  2.7 小结  23-25
第3章电除尘器数学模型的建立  25-37
  3.1 空间电场的数学模型  25-27
  3.2 粉尘层堆积模型  27-30
    3.2.1 粉尘层的堆积模式  27-28
    3.2.2 粉尘层的增长模型  28-30
  3.3 粉尘层电荷形成与分布模型  30-32
  3.4 流体流动控制方程  32-34
    3.4.1 组分质量守恒方程  32
    3.4.2 动量守恒方程  32-33
    3.4.3 湍流控制方程  33-34
  3.5 粉尘输运和浓度分布模型  34-36
  3.6 小结  36-37
第4章除尘模型的仿真计算  37-52
  4.1 除尘模型仿真流程  37-39
  4.2 求解模型方程的数值方法  39-40
  4.3 除尘空间边界离散方法  40-42
    4.3.1 电晕线边界区域处理  40-41
    4.3.2 沉积粉尘层边界数值处理  41-42
  4.4 除尘模型方程离散化  42-44
    4.4.1 电场计算模型离散化  42-43
    4.4.2 输运和浓度分布的离散化  43-44
  4.5 除尘空间流场仿真  44-51
    4.5.1 计算流体仿真简介  44-46
    4.5.2 几何模型及网格划分  46-47
    4.5.3 流场求解边界条件及参数设置  47-49
    4.5.4 流场分布结果与分析  49-51
  4.6 小结  51-52
第5章除尘模型仿真结果分析  52-65
  5.1 除尘器内的电场分布  52-55
  5.2 除尘空间粉尘浓度分布  55-57
    5.2.1 沿X轴方向粉尘浓度分布  55-56
    5.2.2 沿Y轴方向粉尘浓度分布  56-57
  5.3 粉尘层沉积和电荷分布分析  57-60
    5.3.1 粉尘层电荷衰减分析  57-58
    5.3.2 粉尘层沉积和电荷分布  58-59
    5.3.3 粉尘层空间表面电位分布  59-60
  5.4 收尘过程振打周期参数分析  60-63
    5.4.1 除尘效率和粉尘比电阻关系  60-61
    5.4.2 除尘效率的衰减过程  61-63
    5.4.3 粉尘排放质量比随时间变化过程  63
  5.5 小结  63-65
第6章结论与展望  65-67
  6.1 结论  65
  6.2 展望  65-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
攻读学位期间参加的科研项目和成果  72

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