复合式新型静电空气过滤系统的实验和数值模拟研究

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1、复合式新型静电空气过滤系统的实验和数值模拟研究ExperimentalandNumericalStudyonthePerformanceofHybridElectrostaticAirFiltrationSystem一级学科：土木工程学科专业：供热、供燃气、通风及空调工程研究生：冯壮波指导教师：陈清焰教授天津大学环境科学与工程学院二零一七年五月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的

2、材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要空气电晕放电技术是空气过滤器效率提升手段之一。将电晕放电和空气滤料相

3、结合，可以在不增加滤料压降的前提下提升其过滤效率。本文发展了两套新型复合式静电过滤系统，搭建实验测试平台测量了其过滤特性，包括效率，压降，能耗等。本文还发展了理论模型和数值模型以预测静电过滤系统的实际性能，为系统设计提供重要方法。主要贡献与创新如下所示：(1)本研究发展了两套复合式新型静电空气过滤系统。一个是针尖-滤料-接地金属丝网系统，一个是静电除尘器和空气滤料串联过滤系统。电晕放电可以使空气滤料过滤效率有显著提升。尽管采用电晕放电技术，系统臭氧产生量很低。在保证高过滤效率的前提下系统的臭氧浓度最高增加值较低，满足设计标准。复合式新型空气静电过滤系统的质量参数高于传统的具有相

4、似过滤效率的中高效过滤器。本研究发展了理论模型以计算复合式静电空气过滤系统的效率，模型和实验效率值有较好的比对。(2)本研究采用实验的方法探究了针尖-滤料-接地极板系统的电特性。位于电晕电场中的空气滤料紧紧贴在极板之上，对于系统放电有重要的影响。在针尖-滤料-接地极板系统中，滤料的存在一方面增加了系统电阻，降低放电电流；另一方面滤料内部产生局部放电，可以提升针尖-滤料-极板系统的整体电流。基于反电晕理论，本研究还发展了一套理论模型以预测针尖-滤料-接地极板系统的伏安特性。实测结果和模拟结果有较好的比对。(3)本研究开发了复合式静电空气过滤系统的多物理场模型，包括电晕电场，空气流

5、场以及颗粒浓度场。颗粒会在电晕电场中荷电，并在空气拖曳力和电场力的作用下运动到滤料中被过滤掉。本研究首先模拟了采用平板滤料的复合静电空气过滤系统，模拟结果和实测结果有较好的比对。基于经过验证的数值模型，本研究探究了复合式新型静电褶皱空气过滤系统的过滤性能，考虑了不同系统参数对于整体过滤效率的影响，包括褶皱结构，放电电压等。根据此模型，可以进行实际静电过滤系统的设计。关键词：电晕放电，静电过滤，纤维滤料，数值模拟，空气污染I万方数据II万方数据ABSTRACTCoronadischargeisanefficientmethodtoimprovethefiltrationeffic

6、iencyoffibrousairfilter.Oncethecoronadischargeandfiltermediumiscoupled,thefilterefficiencycouldbeenhancedwithoutaddingmorepressuredrop.Thisstudydevel-opedtwohybridelectrostaticairfiltrationsystems.Theexperimentalplatformwasestablishedtoinvestigatefiltrationsystemperformance,includingefficien

7、cy,pressurelossandenergyconsumption.Thisstudyalsodevelopedtheoreticalandnumericalmodelstopredictthepracticalperformanceofhybridelectrostaticairfiltrationsys-tems.Thenumericalmodelisapowerfultoolforengineeringdesign.Theinnovationpointsofthisresearch