本文關鍵詞：水力噴射空氣旋流器中傳質過程強化與除塵性能研究

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【摘要】：水力噴射空氣旋流器(water-sparged aerocyclone,WSA)是一種利用液相射流在氣相三維旋流場中的霧化現(xiàn)象與旋流場的靜態(tài)超重力作用的新型高效的無填料氣-液傳質設備。為了進一步強化其內部氣液傳質過程并開拓該型設備在除塵領域的應用研究,本文通過氨氮廢水吹脫實驗與數(shù)值模擬,研究了分離空間結構、氣相進口位置、設置底部擋板與液相中固相微粒對WSA內氣液傳質性能的影響,同時通過空氣除塵實驗,初步考察了該型設備的總除塵效率,利用量綱分析法總結出WSA高壓降區(qū)域內氣相速度、液相速度與粉塵濃度對水力噴射空氣旋流器除塵性能的影響。研究結果表明:柱錐結合型WSA與柱型WSA相比具有較高的體積傳質系數(shù)與氣相壓降,其原因為在前者中具有更強烈的射—旋流耦合作用;氣相進口的沿WSA主筒體軸向下移并不能提高氣液傳質性能,但能有效降低約10%的氣相壓降,使得WSA整體能效得到提高,其原因在于氣相進口的軸向下移能夠減少氣體旋流場與WSA器壁的摩擦損失;在WSA底部設置標準擋板能夠提高低液相循環(huán)流量下體積傳質系數(shù),且提升效果隨氣速的增加而更加明顯,其原因在于擋板的加入使液封表面氣液兩相接觸面積更新速度加快,并使氣液兩相重新混合,提高了相間傳質比表面積;而在液相中添加無吸附作用的固相顆粒能夠有效提高WSA的氣液傳質性能,隨著粒子固含率cs的增大,液側傳質系數(shù)kL、有效相界面積a、總體積傳質系數(shù)kLa和增強因子E先增大后減小,并且kL、a、kLa隨進口氣速與射流速度的增加均增大,E隨進口氣速和射流速度增加而減小,進一步的研究表明,固相顆粒能夠使得氣液傳質過程中的kL、a和表面更新頻率S得到提高,表面更新機理為其強化氣液傳質過程的主要機理;WSA對PM2.5含量為66.44%的含塵氣體具有93%以上的總除塵效率,在氣相高壓降區(qū)域內,氣液兩相操作參數(shù)與總除塵率之間的關系如η=98.67×Reg-0.013×Rel0.011所示,可知在高壓降區(qū)域內WSA的總除塵率隨射流速度的增加與進氣速度的減小而提升,主要原因在于較高的進氣速度與較低的射流速度會使射流的穿透深度降低,減少了氣相中的塵粒與射流柱、液滴之間的碰撞幾率。本文的研究結果對于設計傳質性能良好的WSA及其傳質過程的強化具有十分重要的指導意義,同時為拓寬該型設備在大氣污染控制領域的應用提供了一定基礎。
【關鍵詞】：水力噴射空氣旋流器 氣液傳質 過程強化 工業(yè)微粒物 濕法除塵
【學位授予單位】：重慶理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X701.2;TQ021.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 經典氣液傳質理論10-12
• 1.1.1 雙膜理論10-11
• 1.1.2 溶質滲透理論11
• 1.1.3 表面更新理論11-12
• 1.2 傳統(tǒng)氣液傳質設備簡介12-17
• 1.2.1 板式塔簡介12-15
• 1.2.2 填料塔簡介15-17
• 1.3 水力噴射空氣旋流器的研究現(xiàn)狀17-22
• 1.3.1 水力噴射空氣旋流器的提出及工作原理17-18
• 1.3.2 水力噴射空氣旋流器內氣液傳質特性的研究進展18-21
• 1.3.3 水力噴射空氣旋流器內氣液傳質性能優(yōu)化的研究進展21
• 1.3.4 水力噴射空氣旋流器的應用研究進展21-22
• 1.4 第三相固體顆粒強化氣液傳質22-24
• 1.4.1 微米級顆粒強化氣液傳質研究進展22
• 1.4.2 納米級顆粒強化氣液傳質研究進展22-23
• 1.4.3 固體顆粒強化氣液傳質的機理簡介23-24
• 1.5 濕法除塵設備24-26
• 1.5.1 洗滌塔24
• 1.5.2 濕式旋風除塵器24-25
• 1.5.3 文丘里除塵器25
• 1.5.4 自激式除塵器25-26
• 1.5.5 旋轉填充床26
• 1.6 本論文的意義和研究內容26-28
• 1.6.1 本論文的研究意義26
• 1.6.2 本論文的研究內容26-28
• 2 分離空間結構對水力噴射空氣旋流器內氣液傳質性能的影響28-42
• 2.1 廢水脫氨實驗部分28-32
• 2.1.1 廢水脫氨過程體積傳質系數(shù)的計算28-29
• 2.1.2 氨氮濃度的測定方法29-30
• 2.1.3 實驗用氨氮廢水30
• 2.1.4 試劑和材料30
• 2.1.5 實驗裝置30-32
• 2.1.6 實驗方法32
• 2.2 數(shù)值模擬部分32-36
• 2.2.1 數(shù)學模型32-35
• 2.2.2 模型網格及邊界條件的設置35-36
• 2.3 實驗結果與討論36-41
• 2.3.1 分離空間結構對WSA內氣液傳質性能的影響36-38
• 2.3.2 分離空間結構對WSA內部氣相壓降的影響38-39
• 2.3.3 分離空間結構對WSA射-旋流耦合狀態(tài)的影響39-40
• 2.3.4 分離空間結構對WSA射-旋流耦合空間內湍動能的影響40-41
• 2.4 小結41-42
• 3 底部擋板與進氣位置對水力噴射空氣旋流器內氣液傳質性能的影響42-50
• 3.1 實驗部分42-45
• 3.1.1 水力噴射空氣旋流器與實驗裝置42-44
• 3.1.2 脫氨過程體積傳質系數(shù)的計算44
• 3.1.3 實驗方法44-45
• 3.2 實驗結果與討論45-49
• 3.2.1 進氣口位置對WSA脫氨傳質過程的影響45-47
• 3.2.2 底部擋板對WSA脫氨傳質過程的影響47-49
• 3.3 小結49-50
• 4 水力噴射空氣旋流中微粒強化氣液傳質及其機理50-59
• 4.1 實驗部分50-53
• 4.1.1 實驗材料50-51
• 4.1.2 實驗裝置與WSA結構51
• 4.1.3 實驗方法51-52
• 4.1.4 有效相界面積a和液膜傳質系數(shù)kL的計算52-53
• 4.2 實驗結果與討論53-58
• 4.2.1 強化氣液傳質微粒的篩選53-54
• 4.2.2 固含率對a, kL, kLa和E的影響54-55
• 4.2.3 固體微粒在不同進口氣速下對a、kL、kLa和E的影響55-56
• 4.2.4 固體微粒在不同液相射流速度下對a、kL、kLa和E的影響56-57
• 4.2.5 微粒強化射-旋流體系氣液傳質機理探討57-58
• 4.3 小結58-59
• 5 水力噴射空氣旋流器除塵性能研究59-66
• 5.1 實驗部分59-63
• 5.1.1 含塵氣體的模擬59-60
• 5.1.2 實驗裝置60-61
• 5.1.3 水力噴射空氣旋流器總除塵效率的計算61-62
• 5.1.4 實驗條件的選擇62
• 5.1.5 實驗方法62-63
• 5.2 實驗結果與討論63-65
• 5.2.1 不同工作條件下WSA總的除塵效率63
• 5.2.2 高壓降區(qū)域各操作參數(shù)對WSA總除塵效率的影響63-65
• 5.3 小結65-66
• 6 結論與建議66-68
• 6.1 研究結論66-67
• 6.2 存在的問題與建議67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-73
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文及取得的研究成果73-74

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1 徐飛;水力噴射空氣旋流器中傳質過程強化與除塵性能研究[D];重慶理工大學;2016年

2 代黎;水力噴射空氣旋流器的氣相壓降特性及射流霧化研究[D];重慶理工大學;2015年

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本文編號：628182