【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】燃?xì)廨啓C(jī)是高效清潔的能源轉(zhuǎn)換裝置，被譽(yù)為工業(yè)裝備制造業(yè)“皇冠上的明珠”。燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)將干燥潔凈的空氣與燃油混合以產(chǎn)生能量，其進(jìn)氣過(guò)濾系統(tǒng)的主要功能是保護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)免受空氣中顆粒物的污染，以保證燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行。纖維類材料具有比表面積大、孔徑分布可控、體積蓬松、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，是空氣過(guò)濾領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的空氣過(guò)濾需求，玄武巖纖維因優(yōu)異穩(wěn)定性，成為新型高效空氣過(guò)濾材料。然而，由于纖維材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及過(guò)濾參數(shù)(顆粒直徑分布、氣流速度等)耦合作用，過(guò)濾效率和壓降存在“trade-off”權(quán)衡關(guān)系，對(duì)過(guò)濾材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化帶來(lái)了挑戰(zhàn)。
 

　　近期，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所提出了一種基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模擬與響應(yīng)曲面法(RSM)相結(jié)合的纖維過(guò)濾過(guò)程預(yù)測(cè)與優(yōu)化方法，對(duì)纖維過(guò)濾過(guò)程進(jìn)行了可視化研究。該工作通過(guò)數(shù)字重構(gòu)纖維過(guò)濾材料的三維微尺度模型，以CFD-DPM模型預(yù)測(cè)纖維介質(zhì)的過(guò)濾性能，追蹤粒子在濾材中的運(yùn)動(dòng)軌跡和特征流場(chǎng)，分析攔截、碰撞和布朗運(yùn)動(dòng)耦合過(guò)濾機(jī)理對(duì)粒子捕獲的影響規(guī)律。進(jìn)一步，該研究通過(guò)建立過(guò)濾性能與過(guò)濾參數(shù)之間的映射關(guān)系，結(jié)合RSM實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)濾參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化。RSM分析發(fā)現(xiàn)，過(guò)濾參數(shù)對(duì)過(guò)濾效率的影響存在耦合效應(yīng)，利用過(guò)濾原理與Stk數(shù)和Pe數(shù)變化詳細(xì)解釋了其耦合效應(yīng)。而壓降隨固體體積分?jǐn)?shù)和氣流速度的增大而增大，但不受顆粒直徑的影響。綜上，本研究通過(guò)CFD模擬與RSM優(yōu)化相結(jié)合，闡明過(guò)濾參數(shù)之間的相互作用關(guān)系，這為高效篩選過(guò)濾材料和濾材設(shè)計(jì)與優(yōu)化開辟了新途徑。
 

　　近日，相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《化學(xué)工程科學(xué)》(Chemical Engineering Science)上。新疆理化所為該工作的第一完成單位。研究工作得到新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金和新疆天山英才-科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項(xiàng)目等的支持。
 

基于CFD-RSM方法的纖維過(guò)濾介質(zhì)設(shè)計(jì)及優(yōu)化流程