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

　　近期，中國科學院新疆理化技術(shù)研究所提出了一種基于計算流體力學(CFD)模擬與響應曲面法(RSM)相結(jié)合的纖維過濾過程預測與優(yōu)化方法，對纖維過濾過程進行了可視化研究。該工作通過數(shù)字重構(gòu)纖維過濾材料的三維微尺度模型，以CFD-DPM模型預測纖維介質(zhì)的過濾性能，追蹤粒子在濾材中的運動軌跡和特征流場，分析攔截、碰撞和布朗運動耦合過濾機理對粒子捕獲的影響規(guī)律。進一步，該研究通過建立過濾性能與過濾參數(shù)之間的映射關(guān)系，結(jié)合RSM實現(xiàn)對過濾參數(shù)的多目標優(yōu)化。RSM分析發(fā)現(xiàn)，過濾參數(shù)對過濾效率的影響存在耦合效應，利用過濾原理與Stk數(shù)和Pe數(shù)變化詳細解釋了其耦合效應。而壓降隨固體體積分數(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CFD模擬與RSM優(yōu)化相結(jié)合，闡明過濾參數(shù)之間的相互作用關(guān)系，這為高效篩選過濾材料和濾材設(shè)計與優(yōu)化開辟了新途徑。
 

　　近日，相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《化學工程科學》(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)自然科學基金和新疆天山英才-科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才項目等的支持。
 

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