超细颗粒物微观团聚机理数值模拟研究.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 超细颗粒物微观团聚机理数值模拟研究 姓名：张凯 申请学位级别：硕士 专业：热能工程 指导教师：张军营;郑楚光 20090519 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 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 关键词关键词：超细颗粒物，化学团聚，团聚剂，絮凝，蒙特卡罗 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II ABSTRACT Existing equipments in coal-fired power plant have less efficient removal of sub-micron particle (PM2.5), and a large number of sub-micron particle emitted into the atmosphere causing environmental pollution. At the same time, sub-micron particle can enrich a variety of heavy metal compounds, which will do more harm to human health and ecological environment. This brought about serious environmental pollution problem, which has aroused wide attention both at home and abroad. Because of the usage of chemical agglomeration, sub-micron particles are agglomerated, when they grow up, they will be removed away. And this opened up a new ideas that sub-micron particle matter emission control. In this paper, the chemical agglomeration micro-adsorption mechanism of sub-micron particles is simulated by the Monte Carlo algorithm, at the same time the flow field of agglomeration room is simulated by fluent, as well as gas - solid - liquid multi-phase flow Monte Carlo program. First of all, the process of solving agglomeration in Monte Carlo algorithm is analysed, and It boils down to three main steps: structure of the virtual agglomeration particles and droplets, to achieve sampling from the virtual agglomeration particles and droplets, and the estimate of particle size. After agglomeration is analysed, agglomeration kernel function is kown to contain adsorption kernel, fragmentation kernel, evaporation kernel. Besides, by analysing flocculation theory and agglomeration kernel function, distribution and immersion agglomeration mechanism are considered simultaneously, then agglomeration model will be bulided up. And then, the latest flocculation model of water treatment is choosed, Monte Carlo algorithm is also selected, and synchronously the two agglomeration mechanisms are considered to discuss the agglomeration flocculation process of micron particles which are belong to the three micron-areas. The change of particle size distribution, number and average diameter are researched. At the same time, the fragmentation impact on agglomeration is considered. The results show that, the chance of agglomeration for 0.1μm particles in the late agglomeration is smaller; Even the number of droplets is smaller, the 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III chance of agglomeration for 1μm particles in the late agglomeration is smaller; For 2.5μm particles, agglomeration agent can not be too much traffic, otherwise the efficiency of agglomeration will be reduced. Finally, the turbulent flow model and the gas-liquid-solid multiphase flow model are applied to simulate the experimental agglomeration room and the agglomeration room of the actual power plant by fluent software respectively, in order to study the flow impact on agglomeration. In addition, in order to make up the impossibility of the agglomeration nuclear function being not added to fluent, the gas-liquid-solid multiphase flow program is editted by myself, to which the agglomeration nuclear function is added to study the agglomeration process in the actual flow. The results show that, within the recirculation zone below the nozzle in the agglomeration room, flue gas and droplets entrainment occurs, increasing the action time among particles and droplets, and enhance the effect of agglomeration. Keywords: Sub-micron particle，Chemical agglomeration，Agglomeration solution, Flocculation，Monte Carlo 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。

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