声场中细颗粒物聚集机理及其对团聚的作用

发布时间：2020-03-30 20:52

【摘要】：以PM2.5、PM10为主的细颗粒物是现阶段大部分地区的主要大气污染物,声波团聚技术可以使细颗粒团聚并成长为较粗的颗粒,这有利于常规过滤式除尘器对PM2.5的过滤。声波对颗粒物的聚集作用能促使颗粒物在空间内产生局部密相区,在局部密相区内颗粒物发生强烈的相互作用。研究声场中颗粒物碰撞前的聚集作用以及声场中颗粒之间的相互作用,有利于完善声波团聚的力学机理,为声波团聚技术的应用提供参考。本文以热粘性声学理论、N-S方程以及颗粒物运动方程为基础,确立了声场中细颗粒物碰撞前的聚集作用的数学模型,研究了声流和声辐射力对细颗粒物的聚集作用,并比较了这两种聚集作用的相对强弱。结果发现:驻波声场的声压级明显比非驻波声场高。声流速度的对数和声压级呈线性关系。提高声波频率可以提高声流漩涡的数量,提高空间的平均声压级可以提高声流漩涡的强度。声流产生的漩涡主要集中在平行于声波传播方向的壁面上,缩小平行于声波传播方向的壁面之间的距离有利于提高整个空间的声流强度。声辐射力促使颗粒物聚集在空间声压级最低的位置,并且这些聚集位置的数量随着声波频率的增加而增加。当雷诺数较低时(Re1),颗粒物所受的声辐射力和曳力(由声流产生)的比值和声压级无关。声波频率、颗粒粒径分布和团聚箱体的几何结构是调控声辐射力和声流的相对强弱的关键因素。从理论上对比研究了声波尾流和共辐射压的影响因素,比较了声波尾流和共辐射压的相对强弱,并将声波尾流和共辐射压与声流和声辐射力进行对比。结果发现:在颗粒之间的距离较小的情况下,共辐射压的作用强于声波尾流的作用。当颗粒间距较大的时候,共辐射压的作用弱于声波尾流的作用。在颗粒之间的距离增加到一定值后,共辐射压,声辐射力以及声波尾流产生的曳力会在平行于声波传播方向上相互抵消,达到平衡状态。在理论计算与分析的结果的基础上,搭建了实验台,通过实验观测到“颗粒墙”现象,验证了仿真所得到的关于颗粒物“平衡状态”的结论。实验研究了频率和颗粒物粒径对团聚效率的影响,结果发现:驻波声场中颗粒物团聚效率存在“双峰”结构,即存在两个声波频率最佳值;此外,通过实验还发现粒径越大的颗粒物团聚效率越高,这证明了细颗粒物碰撞前的聚集作用能够促进细颗粒物的团聚。
【图文】：

污染指标,污染程度,比例,污染物

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 1 章绪论1.1 课题研究的背景和意义根据 2016 中国环境公报[1]，在全国范围内接受调查的 338 个城市中，，有 254个城市环境空气质量超标，所占比例为 75.15%。图 1-1 为 338 个城市的六项主要污染指标的不同污染程度的城市比例，其中 PM2.5 超标的城市占比 71.9%。此外，以 PM2.5 为首要污染物的天数占重度污染天数的 80.3%，以 PM10 为首要污染物的占的天数占重度污染天数的 20.4%。以上数据说明细颗粒污染物（PM2.5）是目前我国的主要大气污染物，PM2.5 的污染程度直接决定了绝大部分城市能否达到国家规定的环境标准。由于我国地形地貌复杂多样，并且区域产业结构、经济发展水平差异较大，这也造成国内大气中细颗粒污染物呈现较强的区域集中的现象。

气溶胶光学厚度,污染物,污染程度

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第 1 章绪论1.1 课题研究的背景和意义根据 2016 中国环境公报[1]，在全国范围内接受调查的 338 个城市中，有 254个城市环境空气质量超标，所占比例为 75.15%。图 1-1 为 338 个城市的六项主要污染指标的不同污染程度的城市比例，其中 PM2.5 超标的城市占比 71.9%。此外，以 PM2.5 为首要污染物的天数占重度污染天数的 80.3%，以 PM10 为首要污染物的占的天数占重度污染天数的 20.4%。以上数据说明细颗粒污染物（PM2.5）是目前我国的主要大气污染物，PM2.5 的污染程度直接决定了绝大部分城市能否达到国家规定的环境标准。由于我国地形地貌复杂多样，并且区域产业结构、经济发展水平差异较大，这也造成国内大气中细颗粒污染物呈现较强的区域集中的现象。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X513

【相似文献】