近10年来,随着社会和经济迅速发展,中国区域的大气环境问题日益突出,多个重点经济区域的霾污染出现了高频率和持续时间长的特征,环境保护、尤其是细颗粒物(PM2.5)污染的控制已成为公众关注的焦点之一。作为主要工业废气净化装置,电除尘器已成为净化烟气中颗粒物应用最广泛的高效除尘设备之一。但应用表明,电除尘器对于尺度在0.1μm至1μm范围内的亚微米粒子和超细颗粒(粒径小于0.1μm)的捕集效率较低。由于在霾污染治理中对工业PM2.5排放浓度的控制变得日益严格,故有效提高净化设备对细粒子的捕集效率是这类净化设备目前面临的重要挑战。考虑到电极结构和布置是影响电除尘器除尘效率最基本、最重要的参数,电除尘器通道内的电气分布和EHD流动对粒子的荷电、迁移和捕集产生直接的影响。因此,本文采用数值模拟与实验验证相结合的方法,对多型电极结构下电除尘器内的电气、EHD流动特性和带电粒子动力学特性及三者间的复杂耦合效应进行了详细的分析和讨论。本文在发展和改进异形电极结构电除尘器内电气特性物理模型的基础上,通过数值模拟的方法,采用自编C++程序,严格求解了复杂边界条件下通道内的电场和空间电荷分布,并比较了7种电晕放电的计算模型。利用已验证可靠的迭代模型,对6种放电极结构和5种收尘极结构情况下电除尘器内电气特性分布进行了深入细致的分析。结果表明,放电极结构导致的电晕特征决定着空间电荷分布的细节,对于所研究的6种实际放电极结构,通道内存在两种不同的空间电荷分布形式。收尘极的板型对近板电气特性的影响显著,特别是板面的凹凸变化(弯折)处极易导致板面电场强度峰值的急剧变化。其中波形板对近板电场强度和电荷密度分布均有削峰作用;与其他板型相比,棒帷式收尘极的近板电荷密度峰值最大。通道内的电气特性主要取决于放电极结构的形式,而收尘极附近的电气特性则更多地受收尘极板型的影响。三电极电除尘器内的辅助电极具有明显的电荷屏蔽作用,在通道入口处布置辅助电极将不利于进入通道的粉尘粒子的迅速荷电。放电过程产生的离子风与主流流动间的耦合作用,将导致电除尘通道内湍流流动状态变得更复杂。本文采用用户自定义函数(UDF)与FLUENT程序中的湍流流动模型耦合,利用实验数据测试了9种湍流模型的适用性和可靠性。在验证模型的基础上,系统模拟了多种放电极结构和收尘极结构组合的情况下,电除尘器内电风作用下的电流体(EHD)湍流耦合流动形式。结果发现,放电极和收尘极附近均存在影响粒子荷电与捕集的局部涡流结构。放电极附近靠近通道中心的涡旋强度和作用范围大于靠近收尘极壁面的局部二次流,通道中心的涡旋将挤压一次流动向板面靠近,其中刀形放电极驱使一次流动向板面的靠近程度最强,Star-2型和方形两种放电极导致的涡旋强度仅为其他四种放电极的一半。在较低的通道入口风速下(0.5 m/s),5种板型的通道中均存在明显的二次流结构,并分布在紧邻收尘极板面附近的区域,但相同电气和流动参数下,波形板与其他板型相比,二次流区域最宽、旋转强度最强,且放电极附近的局部流速最高。当流速增加至正常风速(1 m/s)时,与其他板型相比,C型板通道内电风效应仍将存在,并会加速主流流动,而波形板通道中的电风效应将变弱。对于棒帷式极板,若通道入口处放电极上游未布置辅助电极,则通道中心处的含尘气流被电风二次流挤压向收尘极流动。相反,对于出口处放电极下游未布置辅助电极的情形,在通道中心,含尘气流被电风沿主流流动方向加速排出。对于通道内的粒子输运,可采用Lagrangian法和Eulerian法两种数值方法,模拟了带电粒子在电除尘通道内的动力学过程。首先,基于上述电气和流动模型,采用Lagrangian法分别模拟了6种放电极结构和5种收尘极结构情况下电除尘器内粒子的输运特性。结果显示,放电极下游的中心涡旋使含尘气流向收尘极壁面驱进,将有利于荷电粒子的捕集;收尘极壁面附近的涡旋则将一次流动向下游推离,不利于粒子沉积。对于亚微米粒子和超细颗粒,6种放电极在通道中心产生的局部涡对粒子捕集效果的改善明显大于壁面涡旋的作用,其中刀形放电极结构的中心涡旋对提高细粒子的捕集效果最显著。但当粒径小于0.1?m时,进入放电极下游涡旋内的粒子会明显增多,而中心涡旋结构对细粒子向壁面的驱进作用会减弱。收尘极壁面附近的涡旋对粒子捕集存在不利影响,其中C型板的影响最为严重,平板和棒帷式收尘极的影响最小。与平板型收尘极通道结构相比,当风速较低(0.5 m/s)时,因波形板通道内的电风作用区域大,故对0.2至1?m的粒子的捕集效率最低;在通常的运行风速下(1 m/s),波形板通道中,收尘极板面附近大部分区域的流动处于低速区,将会改善粒子沉积和捕集效果。与Lagrangian法相比,Eulerian法有耗时短、对计算系统硬件要求相对低、适合模拟超细粒子运动行为等优点,在工程中更为实用。因此,建立了模拟电除尘通道中带电粒子输运的Eulerian数值模型,并分析了这两种粒子动力学模拟方法的适用性和模拟结果的可靠性。采用Eulerian模型细致研究了光圆线-平板式电除尘器内电风二次流动与带电粒子的相互作用。模拟结果表明,随电流体Reynolds数NEHD的增大,二次流动对电除尘通道内气流流动形态和湍动程度的影响越显著,并将明显降低对dp≤1.0?m的粒子捕集效率,最大降幅为4%,但NEHD对大粒子捕集的影响则可以忽略。对多种电极结构电除尘器内流动特性和粒子运动的三维模拟结果表明,不同放电针布置形式的针状放电产生的电风射流具有不同的特点,与放电针平行于主流流动方向的布置形式相比,放电针垂直布置产生的电风作用较强,更易使细粒子向壁面的驱进。放电极的支撑管上两放电针之间的区域为电荷密度弱区,大量含尘气体通过该区域向放电极下游通道中心运动,导致除尘效率显著降低。