细颗粒物捕集数值模型

　　《细颗粒物捕集数值模型》介绍了陶瓷过滤材料、细颗粒物的基本性质，并重点阐述了陶瓷过滤捕集超细颗粒物过程中，细颗粒物的团聚和挤压、团聚体的坍塌密实机制、表面积炭层多重分形分析方法、积炭层微观分形面构造方法、过滤捕集粉尘的压降和效率模型以及动态过滤模型的构建等方面的研究进展，涵盖了超细颗粒物捕集机理研究所涉及的界面化学、静电吸附、分形分析等基础理论以及Weierstrass-Mandelbrot函数面重构、多重分形谱原理等研究方法，系统介绍了从材料特性到动态陶瓷过滤模型的建立。 本书适合从事高温细颗粒捕集工艺研究、设计、开发的技术人员和管理人员阅读，也可供高等院校相关专业师生参考。

　　张巍，副教授，长沙理工大学能源与动力工程学院，加拿大北不列颠哥伦比亚大学访问学者，湖南省环境治理行业协会专家库专家，湖南省教学专家，作者长期从事燃烧过程污染物的迁移与转化、燃煤烟气污染物的治理、机动车尾气治理、环境催化技术、低NOx燃烧新技术的研究与开发。主持和参与了国家高技术研究发展计划（863计划）课题、国家自然科学基金、国家CSC留学基金面上项目、湖南省自然科学基金项目、湖南省教育厅项目等多项，在EST、BT、EF、I&ECR等期刊上发表学术论文20多篇。

第1章 绪论1
1.1大气颗粒污染物主要特征1
1.1.1大气颗粒污染物的来源1
1.1.2大气颗粒污染物的分类2
1.1.3颗粒污染物的主要危害4
1.2工业烟气过滤式捕集技术概述4
1.2.1过滤式除尘技术概述4
1.2.2陶瓷多孔介质除尘技术概述5
1.3多孔陶瓷过滤器捕集颗粒物特点10
1.4经典过滤理论11
1.4.1Darcy渗透率11
1.4.2粉饼的比阻12
1.4.3过滤阻力损失14
1.4.4颗粒捕集效率16
1.4.5多孔陶瓷过滤器清灰操作18
参考文献18

第2章 陶瓷过滤材料的物理化学性质22
2.1陶瓷滤料的生产工艺23
2.2陶瓷滤料的表面特性24
2.2.1微观表面粗糙度24
2.2.2微观表面弯度26
2.3陶瓷滤料的结构特性26
2.3.1陶瓷过滤材料微观结构26
2.3.2陶瓷过滤材料的孔径分布与粒径分布29
2.4陶瓷过滤材料的热力学特性31
2.4.1热导率31
2.4.2比热容33
2.4.3温度膨胀系数34
2.5陶瓷过滤材料主要化学组成34
2.5.1氧化铝(Al2O3)35
2.5.2氧化铍(BeO)35
2.5.3氮化铝(AlN)35
2.5.4金刚石36
参考文献36

第3章 细颗粒物的物理化学性质38
3.1细颗粒物排放源38
3.1.1燃煤工业细颗粒物固定源38
3.1.2机动车尾气移动源39
3.1.3工业生产排放41
3.1.4其他细颗粒物源42
3.2细颗粒物的主要化学组成44
3.2.1含碳成分44
3.2.2灰分成分46
3.2.3有机成分48
3.2.4硫酸盐成分50
3.3细颗粒物的物理特性51
3.3.1晶形结构51
3.3.2微观形态54
3.3.3颗粒密度57
3.3.4比表面积59
3.3.5介电特性60
参考文献64

第4章 细颗粒物团聚、挤压、坍塌形成粉饼机理67
4.1引言67
4.2分形理论68
4.2.1分形的定义68
4.2.2分形维数69
4.3团聚体挤压坍塌模型69
4.4团聚体坍塌实验研究方法74
4.4.1材料74
4.4.2抽滤实验75
4.4.3陶瓷过滤器实验77
4.4.4分形维数的估计78
4.4.5团聚体尺寸80
4.4.6松弛因子与配位数的反演推导80
4.5团聚体坍塌研究结果分析82
4.5.1团聚体存在性验证82
4.5.2团聚体尺度对孔隙率的影响82
4.5.3团聚体松弛因子与配位数预测84
4.5.4松弛因子与分形维数对孔隙率的影响85
4.5.5模型预测压降与实验值的比较89
4.6本章小结91
参考文献91

第5章 陶瓷三效催化过滤器表面积碳层多重分形分析94
5.1引言94
5.2陶瓷三效催化过滤器积炭层采样95
5.3积炭层微观表面图像获取96
5.4多重分形理论与计算97
5.4.1多重分形谱计算97
5.4.2催化剂积炭层多重分形分析98
5.5陶瓷催化过滤器积炭层微观形态99
5.6积炭层广义分形维度数100
5.7积炭层加权矩随变特性102
5.8三效催化过滤器积炭层多重分形谱103
5.9本章小结105
参考文献105

第6章 陶瓷过滤器表面积碳层微观面分形重构107
6.1引言107
6.2原位捕集炭黑实验设计109
6.2.1炭黑捕集实验109
6.2.2积炭层厚度测算110
6.3积炭层表面形态构建方法113
6.3.1构建表面形态113
6.3.2积炭层粗糙度预测114
6.4分形维数推演115
6.5积炭层厚度推演116
6.5.1积炭层压降116
6.5.2积炭层厚度曲面构建117
6.6微观表面分形重构119
6.6.1微观粗糙构造面119
6.6.2构造面与真实表面的对比120
6.7本章小结123
参考文献123

第7章 陶瓷过滤等效平均孔隙数值模型126
7.1引言126
7.2比截留量修正压力模型127
7.3悬浮称重法获取比截留量131
7.4陶瓷过滤时间特性变化规律133
7.4.1非稳态函数Fx的时间特性133
7.4.2比截留量与粉饼孔隙率的时间特性135
7.5陶瓷过滤压降影响因素140
7.5.1比截留量与孔隙率的影响140
7.5.2陶瓷过滤表观速度的影响143
7.5.3比截留量与速度的协同影响144
7.5.4陶瓷滤料自然粒径的影响146
7.5.5陶瓷过滤元件壁厚的影响147
7.6陶瓷过滤压降瞬态特性148
7.6.1不同操作条件下的瞬态特性148
7.6.2不同陶瓷管的瞬态特性150
7.6.3持续过滤加载反吹的瞬态特性151
7.7本章小结154
参考文献155

第8章 陶瓷过滤器捕集效率模型157
8.1引言157
8.2陶瓷过滤集尘理论158
8.3陶瓷过滤集尘效率时间特性162
8.4陶瓷过滤集尘数学模型164
8.5陶瓷过滤集尘影响因素166
8.5.1比截留量的影响166
8.5.2过滤速度的影响167
8.6本章小结169
参考文献170

第9章 陶瓷过滤器脉冲清灰过滤模型171
9.1引言171
9.2陶瓷过滤与布袋过滤的区别172
9.3陶瓷过滤数学模型构建173
9.4陶瓷过滤清灰循环过程175
9.5陶瓷过滤清灰修正模型176
9.5.1模型基本假设176
9.5.2清灰过滤循环建模177
9.5.3清灰过滤循环程序设计183
9.6陶瓷过滤循环动态模型影响因素183
9.6.1粉饼覆盖面积分率的影响184
9.6.2瞬态渗滤速度的影响185
9.6.3单循环瞬态加权渗滤速度的影响186
9.7本章小结187
参考文献187

附录189
附表1n=6时的φcake-drel-Df对照表189
附表2n=8时的φcake-drel-Df对照表190
附表3n=12时的φcake-drel-Df对照表191
附表4n=6时的φinter-drel对照表192
附表5n=8时的φinter-drel对照表192
附表6n=12时的φinter-drel对照表192
附表7由测量孔隙率与分形维数计算的坍塌前团聚体间孔隙率192
附表8根据文献中所报道的配位数由坍塌前的初始孔隙率计算出的配位数192