【《洒水车喷雾降尘机理分析》3800字】

洒水车喷雾降尘机理分析目录TOC\o"1-3"\h\u19376洒水车喷雾降尘机理分析 1244671.1.1喷雾降尘机理 1250961.1.2露天矿道路降尘机理 3256011.2喷雾降尘建模以及相关参数取值 6喷雾降尘机理对弥漫于空气中的粉尘而言，喷雾降尘的机理是多方面的，颗粒尺寸大小不同，在空气中的运动特性也不同，因而颗粒具有惯性、静电、扩散降尘、重力等特性。基于这些特征机制，粒子捕获过程如下图2.10所示：图STYLEREF1\s2.SEQ图\*ARABIC\s110除尘机理示意图Figure2.10Adiagramofthedustremovalmechanism1-惯性碰撞捕捉；2-截留捕集；3-布朗扩散捕集；4-重力捕集；5-静电捕集（1）惯性碰撞捕集当粒子直径比较大的粉尘颗粒在空气中运动与液滴碰撞时，在惯性的作用下只能按照原来的方向继续前进，故而被液滴捕集。粉尘的捕集效率受到粉尘的运动轨迹、液滴对粉尘的附着能力以及气体的速度的影响。对于普及效率有表征的斯托克斯数和雷诺数，二者共同构成了孤立液滴的捕集效率函数，同时也可以通过理论计算得出，学者和推算出势流和流动时的捕集效率如下： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s11）式中 ——孤立液滴发生碰撞时的惯性捕集效率；——斯托克斯数；——坎宁汉滑动修正系数；——粉尘颗粒粒径，；——粉尘颗粒密度，——粉尘颗粒与液滴之间的相对速度，——液滴的定性尺寸，，对于球状的液滴为其直径；——气体的动力粘度，，在标准状态下的空气动力粘度为1.8×10-5Pa。（2）重力捕集空气中的粉尘颗粒受重力的作用，在移动的过程中会发生沉降，然后被液滴捕获。颗粒所受的重力大小与颗粒的大小、密度以及气体的流速有关。一般而言，颗粒越大，密度越大，气体流速越小，受到的重力也就越大。重力的捕集效率一般用无因次沉降参数来表示，即： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s12）（3）截留捕集粉尘颗粒随气体移动时，如果与液滴之间的距离在范围内，则粉尘颗粒就会被吸引而捕集。假设粉尘颗粒具有一定尺寸且没有质量要求，则截留作用可用截留常数表示： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s13）由上式可知，粉尘颗粒越小，截留捕集效率越高，在势流中球形的捕集效率可以用下式计算： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s14）对于具有粘度较高的流体有： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s15）（4）布朗扩散捕集由于布郎扩散效应，当粉尘颗粒随气体运动时会沉积在液滴上。沉积效果会随着流速的降低、粉尘颗粒直径的减小而增强。当粉尘颗粒直径小于时，扩散作用便不能忽略。布朗的沉积效率由皮克莱数和雷诺数决定。扩散沉降的量度皮克莱数定义为： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s16）式中：——粉尘颗粒的扩散系数，，可以使用爱因斯坦公式计算。与之相关的无因次数——密斯特数如下： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s17）学者导出的布郎扩散捕集效率计算公式为： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s18）（5）静电捕集当气体中的大量液滴和粉尘颗粒携带有电荷时，二者之间便具有静电作用，因而细小的粉尘颗粒便可以被电荷之间的库仑力捕捉。静电作用的强弱与粉尘的介电常数、液滴和粉尘上的电荷量有关。相关的科学研究表明，液滴在受到高压作用时形成的喷雾会产生电荷，从而增强捕集粉尘的能力，捕集效率也随之大大增加。（6）涡流凝结高压喷雾形成的涡旋气流会使得粉尘运动的波动速度和幅度以及与液滴的碰撞次数增加，进而形成涡流凝结，捕集效率也会随着这种现象的产生而增加。露天矿道路降尘机理对露天矿洒水车雾化喷嘴喷雾降尘进行模型分析，要简便实际的降尘喷雾工况过程，利于对降尘喷雾的数字模型建立，设雾滴模型直径大小相等，均匀分布在雾流喷射区；粉尘颗粒全部依据风流在露天矿运输区域进行均匀运动。数学模型建立：假设露天矿模型建立区域断面积为A，对此面积A进行微分操作，则在微元体中粉尘颗粒瞬时时间中满足如下式子关系：原始粉尘量-道路运输造成粉尘脱离洒水降尘区域的粉尘量=沉降后风流粉尘量+被雾滴捕捉的粉尘颗粒量，式子表达为： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s19）式中，c为区域粉尘颗粒浓度，；为风流场速度，；λ为气流粒子逃逸系数；表示粉尘浓度变化量，；为单位范围中单位时间颗粒的捕捉量，。查询相关文献得： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s110）式中，为除尘雾滴与风场风流的相对速度，即为；为除尘雾滴速度，；为水雾的体积百分比，即为；为除尘雾滴测定区域的总体积百分比，;为单位除尘液滴的抓捕效率；为水滴的平均尺寸，假设雾滴为球形，表示为其通径，。将式（2.10）代入式（2.9）得： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s111）将相关参数代入式（2.3）中，整理得出： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s112）两边同时进行积分： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s113）假设最初粉尘颗粒浓度为c0，所以当x=0时，c=c0，a=lnc0，即得出： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s114）得出除尘效率： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s115）应用惯性碰撞原理进行除尘中，可为： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s116）式中，为气流扩散作用常数，通过经验公式决定；为单位水滴惯性碰触捕捉效率，可为： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s117）式中，表示粉尘漂浮的惯性系数，也为Stokesnumber，可写成： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s118）式中，是滑动改正系数；为雾尘颗粒的通径，；表示雾尘颗粒密度，;为没有被扰动的上部气体颗粒中，尘颗粒和雾滴相对速度，（二者数量级相同依据风速进行飘动，即同速）；表示为粘性常数，。在除尘雾流的可作用区域内，露天矿环境风速和粉尘的移动速度远小于除尘雾滴速度，所以可将环境风速和粉尘的移动速度和除尘雾滴之间相对速度看作除尘雾滴的移动速度，得出： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s119）整理（2.15）（2.16）（2.17）（2.18）（2.19）得： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s120）除尘雾滴捕尘的机理主要包含惯性碰触、扩散等，惯性碰撞主要应用于通径＞1的粒尘；在不考虑雾滴扩散和拦截等效应情况下，只针对与惯性碰撞进行分析，则式2.12中，。查文献得粉尘颗粒密度为，确定此值为露天矿粉尘颗粒的密度。雾尘区域断面积A为21，平均风流速度，空气动力粘性常数,代入式2.20，可得 （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s121）式2.21中，雾滴总体积流量，喷雾速度值，雾滴通径，为尘颗粒通径。综上所述，可得如下结论：影响雾滴除尘效率的主要因素包括要捕捉的粉尘颗粒通径、除尘雾滴的通径、移动速度及粒子浓度等相关因素。同样水量输出的情形下，雾滴通径越细微，其数目就越多，与粉尘颗粒的碰触几率就越大，以此提高除尘效率。但是，假设除尘雾滴太过细微对降尘效率有影响，通径太小的水滴在包裹尘颗粒之后仍然会继续随风流飘动；其次，这还可能会产生已包裹了灰尘的小液滴受到蒸发现象，尘粒“脱离捕捉”的情形，仅为直接减少了雾滴除尘效率。雾滴和灰尘颗粒之间相对速度影响着雾滴除尘效率。其中，雾滴速度越快，即可越有能力抵抗在和灰尘颗粒接触时雾滴表面张力，混合尘粒捕捉。基于国内外学者的多次试验与研究分析证明，在雾滴动速在5~15m/s时，雾滴除尘作业效率最高。但当除尘雾滴速度过快时，会产生水雾流场附近风流吸卷问题，造成喷雾除尘作业区域二次扬尘现象；然而雾滴速度过快，雾滴的动能会增高，能量过盈，会使通径不大的雾滴轻易进行蒸发，从而降低除尘效率。通常来说，在部分区域内除尘雾滴的浓度越高，从而会升高雾滴与粉尘颗粒（尤其为呼吸性尘）的碰触概率，降尘效率也会因此提高。在上述降尘讨论基础上，针对于目前露天矿来说，道路运输灰尘产生的呼吸性粉尘颗粒会超过35%，灰尘通径相对不大，范围在1.5—11.5微米之间，所以依据灰尘通径和雾滴通径、雾滴移速的之间关系，确定相对应除尘雾滴通径在30—120微米范围内，雾滴速度在5m/s—15m/s之中最适合，让喷头喷嘴单位体积中形成较多的小通径雾滴，以提高效率。喷雾降尘建模以及相关参数取值（1）为了建立简单的数学模型方便计算模拟，本文仅考虑惯性碰撞捕集。此时假设工作场地的空气流动速度为，粉尘面积取，气体动力粘度取标准值，场地的粉尘密度取。参考式（2.1）中关于的表达式，取面积的长度为，取为粉尘浓度降低量，则在微元体内的粉尘质量平衡方程为： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s122）式中：——粉尘单位时间内的浓度；，；——液滴的运动速度，；——粉尘随空气的流动速度，；空间体积的含水雾量：，其中——液滴的体积流量，m3/s；液滴的截面积：，其中——液滴的粒径；液滴的体积：孤立液滴的捕集效率为： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s123）式中：——包括截留和扩散作用的实验常数，由实验测定；——孤立液滴碰撞时的捕集效率，参考式（2.17）将式（2.22）化简并积分有： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s124）设原始奋粉尘浓度为，当时，得，于是： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s125）则除尘率： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s126）联立（2.9）、（2.10）、（2.19）、（2.20）得： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s127）代入开头相关数据有： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s128）（2）本论文中洒水车使用两个喷嘴，因此耗水量为： （STYLEREF1\s2.SEQ公式\*ARABIC\s129）式中：Q——流量，；——流量系数，取；——喷嘴孔径，。（3）在洒水车喷洒情况下，液滴的实际粒径时各不相同的，对于惯性碰撞捕集的液滴尺寸，目前普遍采用来代表，即液滴粒径小于液滴质量占液滴总质量的时的粒径值。经过实验检测，当水的密度，温度为时，水的表面张力，动力粘度为。液滴的粒径、值以及喷雾的有效长度在不同压力下的计算值如表2.1所示：表STYLEREF1\s2.SEQ表\*ARABIC\s11不同压力下水雾的粒径（单位：）Table2.1Particlesizeofwatermistunderdifferentpressures水压力1.5234喷嘴口径1.015012098781.2187153121981.52301961681312.0285245208179表STYLEREF1\s2.SEQ表\*ARABIC\s12不同压力下喷雾的有效距离（单位：）Table2.2EffectiveDistanceofSprayatdifferentpressures水压力1.5234喷嘴口径1.03.23.43.84.21.22.62.93.23.61.51.82.22.73.12.01.11.41.82.2表STYLEREF1\s2.SEQ表\*ARABIC\s13不同喷嘴口径下值Table2.3Belowcalibreofdifferentnozzles喷嘴口径11.21.52.01.441.41.351.28（3）柱塞泵主要相关参数轴向柱塞泵的排量指缸体旋转一周，全部柱塞排出的油液的容积，即： （STYLEREF1