·158 工程科学学报，第42卷，第2期 (a) 与流场垂直区域 (b) 与流场水平区域 普通纤维 (c) (d) 磁性纤维 磁性纤维 图5不同形式磁场示意图.(a)粉尘颗粒被纤维捕集区域示意图：(b)无磁场：(c)磁性纤维产生的磁场：(d)高梯度磁场 Fig.5 Schematics of different magnetic fields:(a)area where PMs dust particles are collected by fibers.(b)no magnetic field;(c)magnetic field generated by magnetic fiber,(d)high-gradient magnetic fields 2.5 是可以结合磁选领域中的宏观模型来间接验证模 ■一Davies经验公式 ●一940754网格数 拟的正确性.数值模拟结果与河南理工大学的王 2.0F ▲一551300网格数 发辉与铁占续和东南大学的杨荣清例在磁选 T-148272网格数 1.5 领域中模拟金属磁介质捕集颗粒的运动轨迹进行 ed/d 1.0 了对比，运动轨迹相同；此外与熊大和2研究高梯 度磁选中垂直磁场和水平磁场对捕集影响的实验 0.5F 结果进行对比，通过颗粒的堆积分布发现数值模 拟的颗粒物分布和实际情况一致，因此说明采用 00 0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 v/m-s) 的数学模型和模拟方法是正确的 14r 图6网格独立性检验 R 一Davies修正公式 Fig.6 Mesh independence test ●一Davies经验公式 10 ▲一500颗粒数 0=0.16R,+(0.25+0.4Rp)S1-0.0263R,·S2(7) -200颗粒数 式中：△p为压力降，Pa;o为计算捕集效率，%； Rp为直接碰撞系数；S为斯托克斯数；n为计算修 正后的捕集效率，%：d为单纤维厚度，m. 为了验证单纤维结构捕集粉尘颗粒数值模拟 的准确性，图7为不同S下，数值模拟值与经验公 0.0 0.4 0.8 1.21.62.0 St 式对比图.结果表明，数值模拟计算结果与 困7数值模拟值与经验公式对比 Davies修正经验公式(6)吻合度较高，适合颗粒物 Fig.7 Comparison between numerical simulation values and empirical 捕集效率的计算.过滤效率的误差主要来源于 formula Davies效率经验公式考虑了颗粒的拦截和惯性效 2试验结果 应，而当粒径在0.5~1.0um时，忽略了颗粒碰撞后 受范德华力的团聚情况，因此与经验公式有一定 2.1不同磁场形式下单纤维对PM25运动轨迹的 差距，而对于而对于Fluent用户自定义函数UDF 影响 正确性的验证，虽然在纤维微观领域很少研究，但 图8为=0.1ms,d。=1.0μm时，在图5所示η0 = 0.16[ Rp + ( 0.25+0.4Rp ) St] −0.0263Rp · St2 （7） η0 η 式中 ： Δp 为压力降 ， Pa； 为计算捕集效率 ， %； RP 为直接碰撞系数；St 为斯托克斯数； 为计算修 正后的捕集效率，%；d 为单纤维厚度，μm. 为了验证单纤维结构捕集粉尘颗粒数值模拟 的准确性，图 7 为不同 St 下，数值模拟值与经验公 式 对 比 图 . 结 果 表 明 ， 数 值 模 拟 计 算 结 果 与 Davies 修正经验公式（6）吻合度较高，适合颗粒物 捕集效率的计算. 过滤效率的误差主要来源于 Davies 效率经验公式考虑了颗粒的拦截和惯性效 应，而当粒径在 0.5～1.0 μm 时，忽略了颗粒碰撞后 受范德华力的团聚情况，因此与经验公式有一定 差距，而对于而对于 Fluent 用户自定义函数 UDF 正确性的验证，虽然在纤维微观领域很少研究，但 是可以结合磁选领域中的宏观模型来间接验证模 拟的正确性. 数值模拟结果与河南理工大学的王 发辉与铁占续[18] 和东南大学的杨荣清[19] 在磁选 领域中模拟金属磁介质捕集颗粒的运动轨迹进行 了对比，运动轨迹相同；此外与熊大和[20] 研究高梯 度磁选中垂直磁场和水平磁场对捕集影响的实验 结果进行对比，通过颗粒的堆积分布发现数值模 拟的颗粒物分布和实际情况一致，因此说明采用 的数学模型和模拟方法是正确的. 2    试验结果 2.1    不同磁场形式下单纤维对 PM2.5 运动轨迹的 影响 图 8 为 v=0.1 m·s−1 ，dp=1.0 μm 时，在图 5 所示 (a) (b) (c) (d) 与流场垂直区域 与流场水平区域 v X Z v X Z 普通纤维 X Z B 磁性纤维 X Z H B 磁性纤维 图 5 不同形式磁场示意图. （a） 粉尘颗粒被纤维捕集区域示意图；（b） 无磁场；（c） 磁性纤维产生的磁场；（d） 高梯度磁场 Fig.5 Schematics of different magnetic fields: (a) area where PM2.5 dust particles are collected by fibers; (b) no magnetic field; (c) magnetic field generated by magnetic fiber; (d) high-gradient magnetic fields 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 ∆p/Pa v/(m⋅s −1) Davies 经验公式 940754 网格数 551300 网格数 148272 网格数 图 6 网格独立性检验 Fig.6 Mesh independence test 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 0 2 4 6 8 10 12 14 η/% St Davies 修正公式 Davies 经验公式 500 颗粒数 200 颗粒数 图 7 数值模拟值与经验公式对比 Fig.7 Comparison between numerical simulation values and empirical formula · 158 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期