纤维捕集细颗粒物的数值模拟

　　纤维除尘装置（设备）广泛应用于人类生产和生活的众多领域。纤维过滤器在捕集过程中会在滤料表面形成颗粒枝簇结构，对颗粒物的整体捕集效率高，但是对于细颗粒物（PM2.5）的分级效率仍然难以满足越来越严格的排放要求，对其进行设计和运行的优化是目前众多纤维除尘应用的实际需求。对纤维除尘过程进行数学建模和数值模拟是对其进行设计和运行优化的理论基础。《纤维捕集细颗粒物的数值模拟》系统介绍了纤维除尘过程的数学物理模型和数值模拟方法，重点是格子 Boltzmann-元胞自动机概率模型。利用这些数值模拟对常规圆形截面纤维、异形截面纤维、多层纤维等稳态和动态纤维除尘过程进行多尺度模拟，揭示不同机理主导下压降、除尘效率、沉积模态、枝簇结构内部孔隙率等动态演变规律，从而对纤维几何结构、排列方式、静电增强等的优化以及实际应用提供理论指导。

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目录
青年多创新，求真且力行（代序）
前言
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 纤维过滤机理 9
1.3 纤维除尘器捕集颗粒物的研究现状 10
1.3.1 经典纤维过滤理论 10
1.3.2 异形纤维捕集颗粒物的研究进展 14
1.3.3 纤维非稳态捕集颗粒物的研究进展 16
1.3.4 静电增强纤维过滤技术的研究进展 16
1.4 纤维除尘器捕集颗粒物的数值模拟方法 18
1.4.1 常规数值模拟方法 19
1.4.2 格子Boltzmann气固两相流模拟方法 21
1.4.3 宏观数值模拟方法 23
1.5 本书的主要结构及内容 23
参考文献 24
2 气固两相流的格子Boltzmann-元胞自动机概率模型 33
2.1 引言 33
2.2 格子Boltzmann方法 33
2.2.1 基本原理 33
2.2.2 边界处理 36
2.2.3 曲面边界处理 39
2.2.4 边界作用力的计算 40
2.3 颗粒运动模型 41
2.4 双向耦合的LB-CA模型 43
2.5 四向耦合的LB-CA模型 44
2.5.1 筹权值DSMC方法 44
2.5.2 异权值DSMC方法 47
2.6 LB-CA模型验证 53
2.6.1 LB模型验证 53
2.6.2 CA模型验证 55
2.6.3 考虑双向耦合的LB-CA模型验证 57
2.6.4 考虑四向耦合的LB-CA模型验证 63
2.7 本章小结 82
参考文献 82
3 圆柱形纤维捕集颗粒物稳态过程的数值模拟 85
3.1 引言 85
3.2 圆形截面单纤维捕集颗粒物性能模拟 85
3.2.1 模拟条件 85
3.2.2 系统压降 87
3.2.3 纤维捕集效率 87
3.3 圆形截面纤维层捕集颗粒物性能模拟 91
3.3.1 模拟条件 92
3.3.2 清洁工况系统压降 92
3.3.3 清洁工况纤维捕集效率 93
3.3.4 不同布置方式性能比较 95
3.3.5 纤维捕集能力比较 96
3.4 本章小结 97
参考文献 97
4 异形纤维捕集颗粒物稳态过程的数值模拟 99
4.1 引言 99
4.2 模拟条件及数据处理方法 99
4.2.1 模拟条件 99
4.2.2 莱温伯格一马卡特方法 99
4.3 椭圆纤维系统压降 101
4.4 椭圆纤维捕集效率 103
4.4.1 纤维填充率对椭圆纤维捕集效率的影响 104
4.4.2 椭圆纤维犷散捕集效率 104
4.4.3 椭圆纤维拦截捕集效率 106
4.4.4 椭圆纤维惯性捕集效率 108
4.5 椭圆纤维性能参数研究 110
4.6 其他4种异形纤维捕集细颗粒物性能研究 1 12
4.6.1 4种异形纤维的系统压降 113
4.6.2 4种异形纤维的扩散捕集效率 123
4.6.3 4种异形纤维性能比较 128
4.7 本章小结 130
参考文献 131
5 纤维捕集颗粒物非稳态过程的数值模拟 132
5.1 引言 132
5.2 纤维非稳态捕集颗粒物的模拟方法 133
5.3 圆形纤维非稳态捕集颗粒物模拟 134
5.3.1 不同捕集机制下的沉积模态 134
5.3.2 不同捕集机制下枝簇结构分形维数 135
5.3.3 不同捕集机制下枝簇结构的孔隙率 136
5.3.4 纤维粘污过程中压降和效率变化 137
5.4 多纤维过滤器非稳态过程模拟 138
5.4.1 沉积颗粒枝簇结构生长过程 138
5.4.2 捕集过程压降变化 140
5.4.3 捕集过程效率变化 140
5.4.4 捕集过程性能变化 141
5.4.5 捕集过程中各纤维捕集能力变化 142
5.5 椭圆纤维非稳态捕集颗粒物模拟 143
5.6 本章小节 144
参考文献 145
6 纤维捕集颗粒物的三维数值模拟 146
6.1 引言 146
6.2 圆柱纤维捕集颗粒过程 146
6.3 椭圆截面纤维捕集颗粒过程 149
6.3.1 颗粒沉积模态 149
6.3.2 泵统压降的动态变化特性 156
6.3.3 捕集效率的动态变化特性 158
6.4 两正交圆柱纤维多分散颗粒捕集过程 160
6.4.1 清洁工况 160
6.4.2 单分散颗粒沉积模态 163
6.4.3 多分散颗粒沉积模态 164
6.4.4 真实捕集过程压降和效率变化 168
6.5 本章小结 170
参考文献 171
7 驻极体纤维静电增强捕集细颗粒物数值模拟 172
7.1 引言 172
7.2 驻极体纤维周围电势分布模拟 172
参考文献 131
5 纤维捕集颗粒物非稳态过程的数值模拟 1 32
5.1 引言 132
5.2 纤维非稳态捕集颗粒物的模拟方法 133
5.3 圆形纤维非稳态捕集颗粒物模拟 134
5.3.1 不同捕集机制下的沉积模态 134
5.3.2 不同捕集机制下枝簇结构分形维数 135
5.3.3 不同捕集机制下枝簇结构的孔隙率 136
5.3.4 纤维粘污过程中压降和效率变化 137
5.4 多纤维过滤器非稳态过程模拟 138
5.4.1 沉积颗粒枝簇结构生长过程 138
5.4.2 捕集过程压降变化 140
5.4.3 捕集过程效率变化 140
5.4.4 捕集过程性能变化 141
5.4.5 捕集过程中各纤维捕集能力变化 142
5.5 椭圆纤维非稳态捕集颗粒物模拟 143
5.6 本章小节 144
参考文献 145
6 纤维捕集颗粒物的三维数值模拟 146
6.1 引言 146
6.2 圆柱纤维捕集颗粒过程 146
6.3 椭圆截面纤维捕集颗粒过程 149
6.3.1 颗粒沉积模态 149
6.3.2 泵统压降的动态变化特性 156
6.3.3 捕集效率的动态变化特性 158
6.4 两正交圆柱纤维多分散颗粒捕集过程 160
6.4.1 清洁工况 160
6.4.2 单分散颗粒沉积模态 163
6.4.3 多分散颗粒沉积模态 164
6.4.4 真实捕集过程压降和效率变化 168
6.5 本章小结 170
参考文献 171
7 驻极体纤维静电增强捕集细颗粒物数值模拟 172
7.1 引言 172
7.2 驻极体纤维周围电势分布模拟 172