荷电液滴捕集颗粒物基理和特性的研究.pdf

博士学位论文荷电液滴捕集颗粒物机理和特性的研究_ _摘 要摘要颗粒物污染严重影响公共健康和经济发展，我们国家尤为严重。大气颗粒污 染物成分复杂，区域分布差异性明显，从源头上限制颗粒物排放是治理颗粒物污 染的最有效途径之一。静电喷雾降尘是一种结合传统喷雾除尘和静电除尘的新技 术，能够高效脱除烟气等排放源中的颗粒物，尤其是PMio和PM2.5等细颗粒物，具有良好的应用前景。静电喷雾降尘过程涉及气-液-固多相流动及多场耦合等问题,降尘机理十分复杂，基础理论尚不完善。本文以此为背景，对荷电液滴捕集颗粒 物过程中颗粒在气相介质中的运动、颗粒与液滴自由界面的相互作用等问题进行 了实验和数值模拟研究，旨在为静电喷雾降尘技术的发展提供必要的理论基础。本文的研究工作主要包括：1.对荷电液滴捕集颗粒物的过程进行了可视化研究。利用高速数码摄像结合 显微放大技术捕捉了悬垂荷电液滴吸附颗粒物过程。获得了颗粒在气相介质中运 动的瞬时受力和荷电量等关键参数对颗粒物运动的影响规律，同时为数值模拟研 究提供必要的实验数据。研究了颗粒物撞击荷电液滴的动力学行为。颗粒撞击荷电液滴有几率出现反 弹现象。研究首次发现颗粒对荷电液滴的撞击角小于85。时反弹概率接近50%。颗 粒倾斜撞击荷电液滴产生的切向速度分量能够极大地削弱由液滴表面提供的粘附 力，并且倾斜撞击也会降低颗粒的法向撞击速度，减小其润湿面积，进一步削弱 粘附力作用，致使颗粒极易脱离液滴表面。颗粒脱离后极性与液滴相反，受库仑 斥力影响被排斥逃逸。研究了荷电液滴捕集颗粒微团的机理和特性。通过观察捕集过程中颗粒微团 的动力学行为，发现荷电液滴对颗粒微团的捕集效率较低。颗粒微团较大的体积 使其在运动过程中吸收大量气体电离产生的空间自由电荷，导致部分颗粒微团极 性与荷电液滴一致，在到达液滴表面以前受库仑斥力作用被排斥逃逸。到达液滴 表面的颗粒微团由于结构松散，在撞击液面后解体，大部分子颗粒被排斥逃逸。另外，颗粒微团在气相介质运动的过程中出现了“同极性相互吸引”现象，即大 小不同但极性相同的颗粒微团首先聚并，然后向荷电液滴运动。本文推导了同极 I江苏大学博士学位论文：荷电液滴捕集颗粒物机理和特性的研究性颗粒微团相互聚并的临界条件。2.对荷电液滴捕集颗粒物过程进行了数值模拟研究。以实验研究为基础，综 合考虑颗粒的粘附、反弹和浸入等动力学行为，建立了基于欧拉-拉格朗日方法的 荷电液滴捕集颗粒物模型。数值模拟了悬垂荷电液滴捕集颗粒物过程并与实验结 果进行对比，验证了模型的有效性。对气流作用下荷电液滴捕集颗粒物过程的多 相流场进行了数值模拟，探讨了斯托克斯数(必和库仑数(Kc)对荷电液滴捕集能力 的影响，给出了荷电液滴高效捕集颗粒物的参数区间。3.对颗粒物在荷电液滴表面沉积特性进行了可视化研究。首次利用设计的实 验装置观察了荷电液滴经自由落体捕集颗粒物并在载玻片上铺展后颗粒物的沉积 情况。分析了液滴下落高度和荷电量等关键参数对颗粒物沉积特性的影响。研究 发现，与非荷电工况相比，荷电液滴对颗粒物的捕集量高一个数量级以上；被捕 集颗粒在液滴表面受毛细力影响会出现相互吸引现象，即液滴表面颗粒物发生明 显团聚；液滴的迎风面为主要捕集区域，但颗粒物实际沉积区域小于液滴的半球 面；在有限的雷诺数范围内，液滴对颗粒物的吸附量与其荷电量呈线性比例关系。4.对温度场作用下荷电液滴的蒸发特性进行了数值模拟研究。利用漏电介质(Leaky diel ec t r ic)假说建立了基于VOF方法的高温条件下荷电液滴蒸发模型。从静 电场和温度场对液滴内部流场的影响角度预测了高温条件下荷电液滴的蒸发特性,即静电场能够抑制高温条件下液滴内的紊流，减小液相介质的流动速度，降低液 滴内的热量传递速率，延长液滴在高温环境中的生存时间。关键词：静电场，喷雾，液滴，颗粒物，沉积，反弹ABSTRACTABSTRACTPar t ic ul at e air po l l ut io n is asso c iat ed wit h adver se h uman h eal t h and ec o no my devel o pment impac t s,espec ial l y in Ch ina.Basic al l y,t h e feat ur es o f par t ic ul at e po l l ut ant in t h e at mo sph er e ar e c o mpl ic at ed c o mpo sit io n and r eg io nal dist r ibut io n differ enc e.Co nt r o l l ing par t ic ul at e emissio n is o ne o f t h e mo st r adic al ways t o impr o ve t h e air qual it y.Th e wet el ec t r o st at ic sc r ubber(WES)is a t ype o f effic ient h ybr id syst em fo r par t ic l e abat ement(par t ic ul ar l y in t h e r emo val o f PMio and PM2.5 par t ic l es),wh ic h c o mbines advant ag es o f iner t ial wet sc r ubber s and el ec t r o st at ic pr ec ipit at o r s.Th e WES h as g r eat appl ic at io n po t ent ial in t h e ar eas r el at ed t o g as c l eaning.Ho wever,due t o t h e c o mpl ex r emo val mec h anisms wh ic h invo l ving mul t i-ph ase and mul t i-fiel d effec t s,t h e fundament al t h eo r ies o f WES ar e st il l needed t o ex pl o r e.In t h is wo r k,t h e issues in WES suc h as par t ic l e mo t io n and int er ac t io n bet ween par t ic l es and a c h ar g ed dr o pl et wer e invest ig at ed in bo t h ex per iment al and numer ic al ways,wh ic h wil l pr o vide t h eo r et ic al basis fo r devel o ping WES t ec h no l o g y.Th e main po int s ar e as fo l l o wing:1.Visual izat io n invest ig at io n o n c h ar g ed dr o pl et c apt ur ing par t ic l es.A h ig h-speed dig it al c amer a wit h t h e mic r o-ampl ific at io n t ec h no l o g y was used t o r ec o r d t h e pr o c ess t h at t h e pendant c h ar g ed dr o pl et c apt ur ing par t ic l es.Th e effec t l aws o f par t ic l es mo t io n infl uenc ed by t h e key par amet es suc h as fo r c es and c h ar g e o f t h e par t ic l es wer e o bt ained,wh ic h al so pr o vided t h e nec essar y input par amet er s fo r simul at io n st udies.Th e impac t io n o f par t ic l es o nt o t h e c h ar g ed dr o pl et was st udied.Par t ic l es c o ul d bo unc e o ff t h e int er fac e aft er impac t ing t h e dr o pl et.It was fo und t h at near 50%o f t h e par t ic l es bo unc ed o ff t h e dr o pl et sur fac e wh en t h e impac t ang l e was smal l er t h an 85.Inc l ined impac t l eads t o t h e t ang ent ial vel o c it y o f t h e par t ic l e al o ng t h e int er fac e.Th e ex ist enc e o f t ang ent ial vel o c it y c o ul d subst ant ial l y r educ e t h e adh esio n.Mo r eo ver,t h e no r mal c o mpo nent impac t vel o c it y o f t h e par t ic l e was al so r educ ed due t o t h e inc l ined impac t,wh ic h means t h e wet t ing ar ea o f t h e par t ic l e was sh r unken,t h e adh esio n pr o vide by t h e int er fac e was dec l ined mo r e sig nific ant l y.Th er efo r e,t h e par t ic l es ar e mo r e l ikel y t o r ebo und.Th e r ebo und par t ic l es wer e c h ar g ed wit h t h e same po l ar it y wit h t h e dr o pl et,t h ey esc aped due t o t h e Co ul o mb r epul sio n.Th e mec h anisms o f par t ic l e c l ust er s c apt ur ed by t h e c h ar g ed dr o pl et was anal yzed.It was fo und t h at c h ar g ed dr o pl et was ineffec t ive t o c apt ur e par t ic l e c l ust er s.Co mpar ed t o sing l e par t ic l es,par t ic l e c l ust er s h ave a l ar g er vo l ume but a l o o ser st r uc t ur e.Th e in江苏大学博士学位论文：荷电液滴捕集颗粒物机理和特性的研究l ar g er vo l ume o f par t ic l e c l ust er s enabl es t h em t o c apt ur e mo r e fr ee c h ar g es dur ing t h eir mo t io n,wh ic h even o ffset t h eir init ial po l ar it y and r epul sio n by t h e c h ar g ed dr o pl et.Mo st par t ic l e c l ust er s impac t ing t h e dr o pl et sur fac e wer e disint eg r at ed due t o t h eir l o ser st r uc t ur e.So me c h il d par t ic l es bo unc ing o ff t h e int er fac e fo r ms t h e r eent r ainment.In addit io n,t h e at t r ac t io n bet ween t h e l ike c h ar g ed par t ic l e c l ust er s wer e o bser ved.In o t h er wo r ds,t wo par t ic l e c l ust er s wit h differ ent sizes ag g l o mer at ed int o a l ar g e c l ust er and t h en mo ving t o war ds t h e c h ar g ed dr o pl et.Th is ph eno meno n was t h eo r et ic al l y anal yzed and t h e c r it er io n o f ag g l o mer at io n was der ived.2.Th e pr o c ess o f c h ar g ed dr o pl et c apt ur ing par t ic l es was simul at ed numer ic al l y.Based o n t h e ex per iment al dat a,an Eul er-Lag r ang e met h o d based mo del fo r c apt ur ing par t ic l es by t h e c h ar g ed dr o pl et was est abl ish ed.Th is mo del inc l udes t h e dynamic beh avio r s o f t h e par t ic l es:adh esio n,r ebo und and submer g enc e.Par t ic l es c apt ur ed by a pendant c h ar g ed dr o pl et was fir st l y simul at ed and c o mpar ed wit h t h e ex per iment al o bser vat io ns t o val idat e t h e avail abil it y o f t h e est abl ish ed mo del.Th e pr o c ess t h at par t ic l es impac t ing t h e c h ar g ed c o l l ec t o r under t h e infl uenc e o f air fl o w wer e st udied numer ic al l y.Th e c apt ur e effic ienc y o f t h e c h ar g ed dr o pl et affec t ed by t h e St o kes number(St)and t h e Co ul o mb number(Kc)was disc ussed.Th e par amet er r ang e fo r c apt ur ing par t ic l es effic ient l y by t h e c h ar g ed dr o pl et was pr esent ed.3.Visual izat io n invest ig at io n o n c h ar ac t er ist ic s o f par t ic l es depo sit ed o n a c h ar g ed dr o pl et.A h o me made devic e was used t o ac c o mpl ish t h e pr o c ess t h at par t ic l es c apt ur ing by a fr ee fal l c h ar g ed dr o pl et.Th e dr o pl et event ual l y spr eaded o n a g l ass sl ide and t h e depo sit io n mo r ph o l o g y o f t h e par t ic l es was o bser ved.Th e depo sit io n c h ar ac t er ist ic s affec t ed by t h e fal l ing h eig h t s and c h ar g e c o ndit io ns wer e anal yzed.Th e r esul t s sh o wed t h at t h e equival ent number o f par t ic l es c apt ur ed by t h e c h ar g ed dr o pl et wer e l ar g er t h an t h at o f unc h ar g ed o nes by o ne o r der o f mag nit ude at l east.Due t o t h e c apil l ar y at t r ac t io n,par t ic l es o n t h e c h ar g ed dr o pl et ag g l o mer at ed r emar kabl y.Th e fr o nt side o f t h e dr o pl et was t h e do minant ar ea t o c put er par t ic l es,but t h e ac t ual depo sit io n r eg io n was smal l er t h an h emisph er e.Th e ex per iment s al so sh o wed t h at t h e c apt ur e effic ienc y o f t h e dr o pl et was l inear-pr o po r t io nal t o it s c h ar g e in t h e l imit ed r ang e o f t h e Re number.4.Based o n t h e l eaky diel ec t r ic h ypo t h esis and t h e VOF met h o d,t h e mo del t h at a c h ar g ed dr o pl et evapo r at ing under t h e h ig h t emper at ur e fiel d was est abl ish ed.Th e evapo r at ing c h ar ic t er ist ic s o f t h e dr o pl et affec t ed by t h e el ec t r ic fiel d and t emper at ur e IVABSTRACTfiel d wer e pr edic t ed by anal yzing t h e inner fl o w fiel d.Th e r esul t s sh o ed t h at t h e t ur bul ent fl o w inside t h e evapo r at ing dr o pl et under t h e h ig h t emper at ur e fiel d c an be r est r ained by t h e el ec t r ic fiel d effec t ivel y.Th at means t h e fl o w vel o c it y and t h e t r ansfer o f h eat inside t h e dr o pl et wer e r educ ed.Co nsequent l y,t h e l ife o f t h e evapo r at ing c h ar g ed dr o pl et was ex t ended in t h e h ig h t emper at ur e c o ndit io n.Key words:el ec t r o st at ic fiel d;spr ay;dr o pl et;par t ic l es;depo sit io n;r ebo undv目 录目 录第一章绪论.11.1 研究背景.11.1.1 颗粒物危害.11.1.2 颗粒物排放.31.1.3 颗粒物污染治理.41.2 课题提出.51.3 国外静电喷雾降尘研究现状.61.3.1 实验研究方面.61.3.2 数值计算研究方面.101.4 国内静电喷雾降尘研究现状.131.5 本文主要研究工作.17第二章静电雾化及捕集颗粒物的基础理论.192.1 液滴产生.192.2 液滴荷电.212.2.1 液滴荷电方式.212.2.2 液滴极限荷电量.222.3 颗粒物荷电.232.4 液滴捕集颗粒物方式.242.5 颗粒受力.252.5.1 颗粒在气相介质中的受力.252.5.2 颗粒撞击液滴的受力.292.6 颗粒撞击液滴后的运动特性.302.7 本章小结.32第三章 颗粒物撞击荷电液滴的实验研究.333.1 实验装置及方法.333.1.1 荷电液滴吸附颗粒物系统的设计.333.1.2 颗粒物运动轨迹捕捉系统.343.2 颗粒运动特性分析.353.2.1 颗粒在气相介质中的运动.353.2.2 运动过程中颗粒的受力.383.2.3 静电力波动的分析.41VII江苏大学博士学位论文：荷电液滴捕集颗粒物机理和特性的研究3.2.4 颗粒的反弹.433.2.5 颗粒微团的运动.463.3 颗粒在荷电液滴表面的沉积特性.533.4 本章小结.55第四章 荷电液滴捕集颗粒物的数值模拟研究.574.1 颗粒对荷电液滴撞击角的数值模拟研究.574.1.1 颗粒在气相介质中运动的控制方程.574.1.2 计算模型.584.1.3 表征颗粒运动特性的无量纲数.594.1.4 颗粒的位置角和撞击角.594.1.5 Kc数和St数对颗粒撞击角的影响.604.1.6 颗粒撞击角对荷电液滴捕集能力的影响.624.2 颗粒对荷电液滴撞击反弹的数值模拟研究.644.2.1 反弹颗粒荷电量的确定.644.2.2 颗粒撞击悬垂荷电液滴运动轨迹模型.684.2.3 颗粒撞击反弹的计算.694.2.4 颗粒垂直撞击液滴的理论分析.724.2.5 气流作用下颗粒撞击荷电液滴的数值模拟.764.3 本章小结.80第五章颗粒物在荷电液滴表面沉积特性的实验研究.815.1 实验装置的设计.815.2 液滴尺寸的选择.825.3 液滴荷电量的测量.835.4 荷电液滴颗粒捕集量的评测.855.5 颗粒物在液滴表面的沉积.865.5.1 颗粒物在非荷电液滴表面的沉积.865.5.2 颗粒物在荷电液滴表面的沉积.875.5.3 下落高度对液滴捕集颗粒物的影响.925.6 本章小结.95第六章 高温环境下荷电液滴蒸发的数值模拟.976.1 数值模型和控制方程.976.1.1 数值模型.976.1.2 控制方程.986.2 模拟结果与讨论.100VIII目 录6.2.1 非荷电液滴的蒸发.1006.2.2 荷电液滴的蒸发.1036.2.3 不同场强下液滴的蒸发.1076.3 本章小结.111第七章全文工作总结和研究展望.1137.1 全文工作总结.1137.2 研究展望.115致 谢 117J 人工/参考文献.119攻读博士学位期间的科研情况.129IX江苏大学博士学位论文：荷电液滴捕集颗粒物机理和特性的研究符号表am/s2加速度CD-曳力系数b-灰度系数Cevap-蒸发系数c-速度系数DeC/m2电位移cpJ/(kg-K)比热容Dtm2/s 热扩散系数dm直径EV/m 电场强度e-单位法向Eu-J 欧拉常数fN/m2单位面积应力FN 力fD-阻力系数Kc-库仑数gm/s2重力加速度Hm 高度hm颗粒中心下沉距离KS/m 电导率kW/(m-K)热导率Lm 润湿长度润湿长度，IImLlhvKJ/kg 汽化潜热偶极子中心距mkg 质量N-特征颗粒数n-颗粒数0-种子点PPa压力PQ-m 电阻率qD偶极矩QC 荷电量矿C/m3空间电荷密度Ray-瑞利极限百分比rm半径，距离Re-雷诺数ts时间Sm 特征距离um/s速度St-斯托克斯数函数，热力学温度，A-,m2TK,-面积随机事件B-任意常数UV 电压Bo-比渥数Vm3 体积Cc-坎氏滑移系数We-韦伯数X符号表希腊字母a-体积分数 J表征水晶站立特性的“无量纲数/颗粒撞击角 p表征颗粒撞击特征的kg/m3密度3-（7无量纲数N/m 表面张力s F/m介电常数 心液滴对颗粒物捕集能S 荷电弛豫时间-力”w/m2 热通量0 角度 0cm 外径k m1曲率 Gm 空气分子平均自由程%林 Pa-s颗粒位置角 中粘度V 电势下标0初始状态in进口，内径a前进运动颗粒n法向C液滴（捕集器），临界状态P颗粒c el l网格r反弹颗粒d液滴t切线方向e电场有关参数w铺展液滴g气相介质D阻力ij指针o表面张力相关参数XI第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景1.1.1 颗粒物危害大气颗粒物主要是指能够长时间漂浮在大气环境中的颗粒物质。按照空气动 力学直径不同，颗粒物可以划分为总悬浮颗粒物（To t al Suspended Par t ic ul at es,TSP,颗粒粒径小于100pm）,可吸入颗粒物（Par t ic ul at e Mat t er 10,PMio,颗粒粒径小 于 10）nm）和可入肺颗粒物（Par t ic ul at e Mat t er 2.5/Respir abl e Par t ic l es,PM2.5，颗 粒粒径小于2.5|nm）。其中，空气动力学直径小于10|nm和小于2.5|nm的颗粒物，即PM10和PM2.5对人体和环境危害非常严重。颗粒物成分复杂，主要有硫、磷、钙以及一氧化物和二氧化物等，也存在大 量重金属元素，比如锌、硒、汞、银和铅等。颗粒物尤其是含有毒物质的PMio通 过呼吸系统进入人体后会造成严重伤害，比如肺癌等肺部疾病以及PM2.5进入血液 后引起的各种复杂病症2-久近期van Do nkel aar等与美国太空总署（NASA）的联合 研究表明,全球有87%的人口生活在国际卫生组织（WHO）公布的空气质量指导线 以上（空气质量指导线,Air Qual it y Guidel ine,AQG,指大气颗粒物浓度为10|ig/m3）o PM10质量浓度每上升50pg/m3,死亡率上升45个百分点，PMio质量浓度超过 100ng/m3,死亡率将成倍上升。发表在权威医学期刊柳叶刀（Th e Lanc et）上的全 球疾病负担报告2013指出，每年超过3,000,000例过早死与大气颗粒物污染有 关。WHO公布的数据显示，每年大约有3,700,000例过早死与室外空气污染有关网，有大约4,300,000例过早死与室内空气污染有关。颗粒物污染是一个全球性问题，我们国家尤为突出。图1为van Do nkel aar 等人通过卫星和地面监测数据绘制的2001-2010年全球平均气溶胶光学厚度。从 图中可以明显看到中国的中部地区、东部地区以及华南地区等大气颗粒物污染异 常严重。以2013年1月发生在我国中东部地区的强霾污染为例，该地区在此期间 发生强霾过程5次，北京地区监测点显示PM2.5浓度一度高达680Rg/m3,河北、天 津等地污染程度与北京地区接近口叫图1.2为当月北京地区大气环境的卫星图像】,可以明显看出北京地区上空大气雾霾严重。当月仅北京市内科门诊接待病患16881 列，急性支气管炎10132例，哮喘7643例，相关经济损失高达4.89亿元。大气颗粒物会对城市能见度造成严重影响。Kim等研究表明，PMio小时浓江苏大学博士学位论文：荷电液滴捕集颗粒物机理和特性的研究度从32.9(ng/m3上升到601.8(ng/m3,大气能见度从61.7km下降到1.9km。从图1.1 中可以看到我国中部地区的气溶胶光学厚度很高，相应地区城市的大气能见度也 非常低。例如，西安1979-2011年大气平均能见度只有9.4kmU41。大气能见度下降 会直接导致交通事故等问题频发。例如，2007年冬京津塘高速塘沽局路段能见度 低于1km,此路段交通事故率高达20%15o同时，大气颗粒物污染也会对地表土 质及土地覆盖造成严重影响“6-网。0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5AOD unit l ess图1.1 2001-2010全球平均气溶胶光学厚度Fig ur e 1.1 Mean aer o so l o pt ic al dept h(AOD)o ver l and fo r 2001-2010图1.2 2013年1月11日北京地区大气污染图像1(采样时间(UTC):02:16,03:16,04:16o图像来自海洋水色成像仪。圆圈内区域为北京市。)Fig ur e 1.2 Imag es o f air po l l ut io n in Beijing ar ea o n Jan.11t h,2013I11(Sampl ing t ime(UTC):02:16,03:16,04:16.Measur ing fr o m Geo st at io nar y Oc ean Co l o r Imag er,GOCI.Beijing is mar ked by t h e c ir c l e.)2第一章绪论1.1.2 颗粒物排放颗粒物按产生次序的不同，可以分为一次颗粒物(Pr imar y par t ic ul at e mat t er)和 二次颗粒物(Sec o ndar y par t ic ul at e mat t er)o 一次颗粒物是指直接由排放源排放到大 气当中的颗粒物；二次颗粒物是指排放源排放到大气中的某些气体组分之间发生 物理化学反应生成的固体颗粒物。颗粒物来源复杂，比如汽车尾气，火力发电 厂，施工工地及道路扬尘等，表1.1为作者整理的关于我国东北部、中东部以及华 南等区域城市的颗粒物来源解析。不同地域城市的颗粒物来源具有较强的差异性,但是总体来看，汽车尾气以及燃煤仍然是重要的大气颗粒物来源。另外，建筑施 工、土壤风沙和道路扬尘等无组织粉尘排放对大气颗粒物污染贡献率居高不下，由一次颗粒物排放诱发的二次颗粒物污染问题也日益突出。2016年，BP公司发布的BP世界能源展望指出，至2035年，全球车辆 规模将由目前的12亿辆翻倍至24亿辆。增长贡献主要来自新兴经济体，从目前 的5亿辆增加到15亿辆。国内学者预测，至2020年，中国机动车保有量将达 到约2.23亿辆。BP世界能源展望同时指出，虽然中国煤炭总需求可能会在2030 年下降，但是中国仍将是全球最大的煤炭市场，至2035年，其煤炭消费将占全球 供应的一半。对于我国来说，由机动车排放和煤炭燃烧带来的环境压力不言而喻。表1.1十个城市颗粒物来源解析Tabl e 1.1 So ur c es o f par t ic ul at e mat t er fo r t en c it ies in Ch ina(%)地点颗粒汽车 尾气尘燃煤 烟尘冶金尘建筑 水泥尘施工 土壤扬尘 风沙尘道路 扬尘二次 粒子北京囱PMio23.225.8718.2441.46重庆23PMio219.023.798.5210.9422.4广州24PMio17.1814.1316.4320.1710.14贵阳25PM2.521.0518.250.020.020.063.6125.55南京26PM2.512.644.255.392.2963.87上海27PMio11.5124.720.5223.17-沈阳28PMio12243-1431-石家庄129】PM2.521.21126.813.415.6天津网PM2.58.421.60.8125.531.8徐州”9PMio1471.610.133.627.4伴随经济的快速发展，我国的城市化进程速度逐渐加快，预计到2045年，我 国的城市化水平将达到80%r 311o与此同时，我国地表植被退化急速加快32,土地 3江苏大学博士学位论文：荷电液滴捕集颗粒物机理和特性的研究荒漠化扩张严重因。城市化快速推进和沙漠化急剧扩张导致的沙尘问题会对大气 质量造成持久性影响。1.1.3颗粒物污染治理颗粒物进入大气后很难进行有效治理，通常情况下只能通过降雨等气象过程 降低大气颗粒物含量从源头控制颗粒物排放是降低大气颗粒物污染的最有效 措施之一3叫机动车尾气颗粒物排放主要来自柴油车，占比高达90%36。对干柴 油车可以通过发动机机内优化以及油品优化等前处理措施降低颗粒物排放，但是 随着国家相关排放法规的出台，对机动车的排放标准逐步提高，仅从前处理方面 优化机动车排放难以达到排放标准，需要对尾气进行后处理。目前常用的柴油车 颗粒物后处理技术为DPF(Diesel Par t ic ul at e Fil t er)。利用DPF脱除尾气颗粒物的一 个难点在于截留颗粒物的再生。一般来说，可以通过提高排气或载体温度，将烟 灰氧化，或者通过添加催化剂降低氧化温度，提高氧化效率助。DPF颗粒物再生 会提高成本，降低燃油经济性和系统可靠性。现在柴油机排放控制后处理已经向 综合脱除颗粒物和NOx集成系统方向发展，比如在DPF表面涂覆催化剂脱除N0 x 的SCRF(Sel ec t ive c at al yt ic r educ t io n o n fil t er s)技术等1网，但是仍然存在转化效率不 稳定、贫燃效率低、热稳定性低、以及成本高等问题mi。发展新型的柴油机排 放控制技术也是解决尾气污染问题的一个重要途径。我国是煤炭消耗大国，燃煤锅炉和机组的颗粒物排放对大气造成严重污染。2005年以后燃煤电厂的颗粒物排放量逐年降低，但是到2010年仍然很高，其中 PMio和PM2.5的排放量分别为l,260,000t和850,000*。烟气中的PMio和PM25 占比较大，机械式除尘器难以满足除尘要求，目前我国火电厂除尘主要采用静电 除尘、袋式除尘和电袋除尘，占比分别为82%,6%和7%42。静电除尘通过对颗 粒物荷电利用库仑力实现主动降尘，对于以上的颗粒除尘效率非常高，可以 超过99.9%,但是对粒径小于2pm的颗粒物脱除效率会低于90%网。对于亚微米 颗粒物，其荷电量过低导致除尘效率下降幅度较大，颗粒物在集尘板上也会出现 再飞散现象网。设备体积大，造价高也是静电除尘系统面临的问题4叫 布袋除尘 利用多孔介质滤网滤留烟气中的颗