基于核磁共振成像技术纤维滤料过滤特性的研究

本申请项目综合应用一种非侵入式成像技术-核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging, NMRI）和数值模拟对袋式除尘器的关键部件-过滤材料（滤料）的内部微观结构进行研究。研究对象为一个结构由50μm的像素分辨率决定的过滤介质。利用成像结果，结合三维重建技术，构建该过滤介质实际的三维模型；划分三维模型的网格；导入计算器，利用申请者所掌握的数值模拟技术对过滤介质内的气-固两相流动进行数值计算，并将计算得到的滤料的压降及过滤效率和实验数据比较，来验证成像技术的合理性。在上述研究的基础上，利用NMRI所得到的实际滤料三维模型，并结合数值模拟技术，对滤料内部微细颗粒运动进行深入研究。该项目的成功实施对于进一步优化滤料结构、改善滤料的过滤性能、提高袋式除尘器的使用寿命具有重要学术研究价值和实际应用价值。

纤维过滤介质的重要性能指标包括压降、过滤效率及容尘量等，而这些指标主要由过滤介质内部微观结构决定，因为内部微观结构决定过滤介质的填充密度，而填充密度影响过滤介质内的速度分布，进而影响内部微细颗粒的流动特性。从这个意义上看，如何准确地得到过滤介质内部微观结构对于有效改善滤料的过滤性能具有重要意义。本项目综合应用随机几何学原理、扫描电镜成像（SEM）技术及X-ray技术对纤维过滤介质的内部微观结构进行成像及三维重建研究，构建接近实际的过滤介质三维结构模型；划分三维模型的网格；导入计算器，利用数值模拟技术（CFD-DEM）对过滤介质内的气-固两相流动进行数值计算，并将计算得到的过滤介质的压降、过滤效率及颗粒沉积形态等和文献中的经验关联式及实验数据比较，来验证基于微观结构建模技术的合理性及数值计算模型的正确性。在上述研究的基础上，利用数值模拟技术，深入研究纤维过滤介质各结构参数及操作条件对过滤介质过滤性能的影响。该项目的成功实施对于进一步优化滤料结构、改善滤料的过滤性能、提高袋式除尘器的使用寿命具有重要学术研究价值和实际应用价值。该项目基本完成预定目标，截止目前发表学术论文8篇，已投稿3篇，其中被SCI收录论文2篇，EI收录论文2篇；获准软件著作权1项，申请发明专利1项；培养硕士研究生3人，其中2人已毕业。