【儀表網 研發快訊】燃氣輪機是高效清潔的能源轉換裝置，被譽為工業裝備制造業“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生能量，其進氣過濾系統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，是空氣過濾領域的主流產品。針對復雜環境下的空氣過濾需求，玄武巖纖維因優異穩定性，成為新型高效空氣過濾材料。然而，由于纖維材料內部微觀結構的復雜性以及過濾參數(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”權衡關系，對過濾材料的設計和優化帶來了挑戰。
 

　　近期，中國科學院新疆理化技術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)相結合的纖維過濾過程預測與優化方法，對纖維過濾過程進行了可視化研究。該工作通過數字重構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律。進一步，該研究通過建立過濾性能與過濾參數之間的映射關系，結合RSM實現對過濾參數的多目標優化。RSM分析發現，過濾參數對過濾效率的影響存在耦合效應，利用過濾原理與Stk數和Pe數變化詳細解釋了其耦合效應。而壓降隨固體體積分數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優化相結合，闡明過濾參數之間的相互作用關系，這為高效篩選過濾材料和濾材設計與優化開辟了新途徑。
 

　　近日，相關研究成果近日發表在《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自然科學基金和新疆天山英才-科技創新領軍人才項目等的支持。
 

基于CFD-RSM方法的纖維過濾介質設計及優化流程