袋式除尘器具有高效的细颗粒物脱除特性,在工业粉尘排放治理中起着重要的作用,其纤维过滤过程在本质上属于气固两相流问题。本文对袋式除尘器过滤过程中气固两相流的力学特性、过滤机理及分级过滤效率等基础理论进行了计算与分析,并基于计算流体动力学与离散元动力学理论,分别对细颗粒物在单纤维、多纤维上的动态沉积过程、过滤效率、孔隙率等进行了数值模拟研究。首先,对气固两相流中细颗粒的受力情况进行了理论计算与分析,确定了袋式除尘器过滤阶段粉尘颗粒在运动、沉积过程中的主导力;详细阐述了袋式除尘器的主要捕集机理(惯性、拦截、扩散),理论计算了袋除尘器对细颗粒物的分级过滤效率,确定了细颗粒物的穿透窗口。然后,基于计算流体动力学与离散元动力学理论,建立了多相流中细颗粒物在单纤维表面动态沉积过程的数值模型,并进行了模拟计算,理论预测了颗粒动态沉积过程中的颗粒沉积形貌、平均配位数、孔隙率等参数变化规律;基于上述理论计算结果,进一步标定了模拟计算中的相关参数。结果表明:减小杨氏模量可有效缩短模拟计算的耗时,适宜的杨氏模量可设置为108的量级,相应的表面能约为1mj;减小颗粒的恢复系数,颗粒捕集效率增大,适宜的恢复系数可设置为0.1;模拟结果对静摩擦系数的变化不敏感,静摩擦系数可设置为0.5;模拟结果对滚动摩擦系数的变化敏感,适宜的滚动摩擦系数可设置为1.5。其次,建立了多相流中细颗粒物在多纤维表面动态沉积过程的数值模型,并进行了模拟计算,结果再现了细颗粒物在多纤维上的动态沉积过程:随着被捕集颗粒的数量增加,纤维间的颗粒链弯折、架桥,并最终形成粉尘层。其瞬态过滤效率曲线呈S型,Logistic形式的回归方程拟合度较高。并将含尘滤料非稳态过滤过程细分为三个阶段:类洁净过滤阶段、颗粒链架桥阶段、粉尘层压实阶段。最后,模拟研究了拦截系数、颗粒密度与纤维排列方式对多纤维滤尘过程的影响。结果表明:拦截系数增大,形成初始粉尘层所需的颗粒数量减少、时间缩短,过滤效率提高。对于一般的颗粒,颗粒密度对纤维动态过滤的影响不明显,但当颗粒密度大于4000 kg/m3时,模拟计算得到的过滤效率会减小。左右交错多纤维阵列的过滤性能最好,平行纤维阵列次之,前后交错多纤维阵列最差。