静电喷雾去除船舶尾气颗粒物的特性研究

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随着国内外对船舶尾气排放物的控制日益严格,船舶尾气颗粒物的处理技术得到了越来越多的关注。传统船舶尾气颗粒物去除方式是通过海水喷淋尾。但是该方法对可吸入颗粒物(粒径在10μm以下)收效甚微,而船舶尾气颗粒物中主要是可吸入颗粒物。为了提高船舶尾气中颗粒物的去除效率,有研究者在传统水洗器基础上,提出了一种静电喷雾除尘技术。针对船舶尾气中的可吸入颗粒物,尤其是亚微米级颗粒物,本文重点设计研发了静电喷雾除尘工艺与装置,并研究了其除尘特性。
  静电喷雾去除船舶尾气颗粒物的工作原理:在尾气和液体进入气液混合反应腔前,分别通过电晕荷电和接触荷电的方式使颗粒物和液滴带上异种电荷,通过液滴和颗粒物所附异种电荷产生的静电吸引力增加两者之间的碰撞概率。
  为了探究静电喷雾去除颗粒物的特性和影响因素,本文采用流体力学理论、静电力学理论、数值模拟和实验测试相结合的方式分析静电喷雾去除船舶尾气颗粒物特性问题。主要研究内容为:
  (1)分析了静电喷雾去除颗粒物的主要机制,并总结了主要机制下碰撞系数计算公式,荷电后颗粒物和液滴的带电量计算公式。
  (2)对颗粒物荷电和液滴荷电分别进行数值模拟,研究其工作原理与影响因素等特性,并通过数值模拟与实验对比验证其准确性。
  (3)通过数值模拟和实验测试验证颗粒物和液滴带电与否去除效率的比较,以及液滴荷质比、气液流量比Q液/Q气、颗粒物尺寸和气体流速与颗粒物去除效率的关系,并验证了数值模拟的准确性。
  论文研究表明:数值模拟结果表明当电晕电极接负高压时,颗粒物会因为与负离子和电子碰撞而带负电,并将电晕荷电数值模拟的电流与电压之间的关系曲线图与国外先进研究团队的实的曲线图对比,两者具有很高的吻合度,证明了数值模拟的有效度。数值模拟结果表明静电喷雾流速和带电量与施加在喷嘴上电压正相关,当喷嘴一定,压强和电场力可以克服液体表面张力时,喷嘴能喷出稳定的静电喷雾;颗粒物去除效率与液滴荷质比、颗粒物尺寸和气液流量比Q液/Q气正相关,同时颗粒物半径小于1μm时,气体流速对去除效率影响不大,颗粒物半径大于1μm时,去除效率随着气体流速的增大而增大。通过颗粒物粒径分布和尾气处理前后实测实验及烟度分析,验证了静电喷雾去除柴油机尾气颗粒物的有效度。
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