摘要
颗粒物污染会对人体和环境造成严重危害，最有效治理措施之一是从源头限制颗粒物排放。荷电喷雾除尘结合了喷雾除尘和静电除尘优势，是目前最高效的宽域（颗粒物粒径范围）颗粒物脱除技术之一。荷电喷雾除尘中液滴和颗粒动力学过程复杂，液滴间动态相互作用等对捕集机理影响尚不清楚。本文通过计算流体力学-离散元法，考虑液滴-液滴和液滴-颗粒静电力建立了荷电液滴群捕集颗粒模型，研究了各参数对颗粒动力学过程和捕集效率影响；基于静电力简化模型构建了荷电喷雾控制无组织粉尘数值模拟方案，研究了粉尘运动特性及其荷电喷雾抑制过程，为发展荷电喷雾除尘技术提供了理论依据。本文研究工作主要包括： （1）数值模拟研究了荷电液滴群捕集非均匀粒径颗粒物动态过程。考虑液滴-液滴和液滴-颗粒静电力，研究了液滴间动态相互作用、液滴荷电量、粒径和速度等对捕集效率影响。研究发现，库仑斥力影响下液滴群下落过程中逐渐外扩，颗粒聚集形态发生变化并形成颗粒尾流。静电沉积起主要作用时，捕集效率对液滴间距不敏感，液滴间距可以认为是喷雾密度，即喷雾密度对捕集效率影响较小；捕集粒径小于约5?m颗粒是捕集效率随液滴荷电量提升而增加的主要原因；捕集效率受液滴粒径影响较小；单位时间捕集效率对液滴速度不敏感，但速度较小时液滴群扫掠时间较长，从而增大捕集效率。 （2）提出了无组织粉尘排放及其荷电喷雾控制数值模拟方案。通过简化卸煤过程建立了全尺寸模型，研究了卸煤时挡尘板内部和上方毗邻区域流场动态分布。选取全尺寸模型重点逃逸区域建立了局部逃逸模型，基于区域气体峰值速度研究了粉尘逃逸过程。研究发现，煤炭下落时产生冲击气流，使挡尘板内形成上升涡流裹挟粉尘从板壁顶侧逃逸。基于提出的静电力简化模型，选取全尺寸模型喷雾区域建立了喷雾模型，研究了荷电喷雾中液滴和气体运动特性；在喷雾模型雾滴区域选取监测点建立了采样窗口捕集模型，研究了荷电喷雾除尘效率。研究发现，荷电喷雾离开喷雾口后以较高速度运动一段距离随后速度逐渐减小，其运动过程可分为输运段和除尘段。输运段液滴速度较大静电沉积不显著除尘效率较低，除尘段液滴速度较小静电沉积显著除尘效率高。合理布置输运段和除尘段可以充分发挥荷电喷雾捕集颗粒物优势，实现高效捕集颗粒物。
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