亞微米顆粒物湍流團聚數值模擬研究

作者：馮鵬,盛虎,周虎,王承亮,劉鶴欣,李正鴻,譚厚章,楊富鑫

摘要：亞微米顆粒物(Submicron Particle)是大氣污染物的重要來源之一,危害人體健康,湍流團聚是脫除燃煤煙氣中亞微米顆粒的重要手段。利用k-ε湍流模型與離散相(DPM)模型,在亞微米顆粒物湍流團聚試驗平臺基礎上建立了一個由湍流效應和布朗運動共同作用的亞微米顆粒團聚過程的數值模型,根據試驗數據對模型進行合理性驗證,研究了湍流團聚器的進口流速、擾流件排布、擾流件形狀對亞微米顆粒團聚特性的影響規律。結果表明:擾流件迎風面和擾流件的縱向尾跡區是碰撞和聚集的主要區域;小粒徑亞微米顆粒物的團聚效率明顯大于大粒徑,從粒徑593.5 nm處團聚效率開始變為負數;不同流速下,由于更小粒徑顆粒物在渦流中跟隨能力更強,PM 0.1的團聚效率均大于PM 1,湍流團聚器的進口流速不宜過大,以保證亞微米顆粒物所需要的停留時間。模擬所采用的三棱柱錯排擾流件的最大團聚效率對應的流速為5 m/s;亞微米顆粒物在順排、錯排結構的團聚效率差別不大,但順排和錯排結構對亞微米顆粒物的作用機制有較大差別,順排結構擾流件尾跡區的渦街得到充分發展,而錯排結構包含更多迎風面,增大了顆粒物碰撞幾率,更易受到侵蝕;此外,單個擾流件條件下,由于Y型擾流件的產渦能力更強,比圓柱型擾流件和三棱柱型擾流件具有更好的湍流團聚效果。

發文機構：西安交通大學熱流科學與工程教育部重點實驗室 華電章丘發電有限公司

關鍵詞：亞微米顆粒物湍流團聚擾流件數值模擬sub-micron particulatesturbulent agglomerationdisturbing structurenumerical simulation

分類號： TK121[動力工程及工程熱物理—工程熱物理]