提出了滑动修正系数.ppt

1、大气污染控制工程,1,第3章 除尘技术基础,学习要点 了解 粉尘的物理性质，粒径分类及表示方法 掌握 微粒在流体中的运动阻力的计算 掌握微粒沉降分离机理 掌握 除尘器的分类及性能,大气污染控制工程,2,3.1 粉尘的物理性质,3.1.1 密度 粉尘的密度是指单位体积粉尘的质量，单位为 kg/m3。分为真密度和堆积密度。 真密度：单位体积不包括粉尘颗粒体内部的空隙和颗粒之间的空隙而定义的密度，以符号P表示； 堆积密度：单位体积包括颗粒内部的空隙和颗粒之间的空隙而定义的密度，以符号b表示。,大气污染控制工程,3,粉尘越细，吸附的空气越多，值越大；充填过程加压或振动，则值减小。,大气污染控制工程,4

2、,比表面积是指单位体积（或质量）粉尘具有的表面积。,粉尘越细，粉尘比表面积越大，润湿性降低，粘附性增强，凝聚性增大，处理设备输送阻力增大。,3.1.2 比表面积,大气污染控制工程,5,1. 粉尘的含水率 粉尘中的水分包括自由水分、结合水分和 化学结合水。,3.1.3 粉尘的含水率及润湿性,大气污染控制工程,6,2. 粉尘的润湿性 尘粒能否与液体相互附着或附着难易的性质称为粉尘的润湿性。 当固体粒子与液体接触时,如果接触面能扩大而相互附着,就是能润湿；如果接触面趋于缩小而不能附着,则是不能润湿。 容易被水润湿的物质称为亲水性物质，难以被水润湿的物质称为疏水性物质。,大气污染控制工程,7,尘粒的润

3、湿性不仅与粉尘的粒径、生成条件、温度、压力、含水率、表面粗糙度及荷电性等有关，还与液体的表面张力、对尘粒的粘附力及相对于尘粒的运动速度等有关。 对于5m以下特别是1m以下的尘粒，即使是亲水的，也很难被水润湿，这是由于细粉的比表面积大，对气体的吸附作用强，尘粒和水滴表面都有一层气膜，因此只有在尘粒与水滴之间具有较高的相对运动速度时（如文丘里喉管中），才会被润湿。 水硬性粉尘如水泥粉尘、熟石灰及白云石砂等不宜采用湿式洗涤器净化。,大气污染控制工程,8,1. 荷电性 粉尘的荷电量随温度升高、比表面积增大及含水量减小而增大。 2. 比电阻和导电性,容积导电：高于200时，粉尘自身电子和离子进行； 表面

4、导电：低于100 时，靠尘粒表面吸附的水分和化学膜进行。,3.1.4 荷电性和导电性,大气污染控制工程,9,最适宜的电除尘器捕集的比电阻为10421010cm。 在高温(200)条件下，温度升高，粉尘内部会发生电子的热激化作用，使容积比电阻下降。 在低温(100)条件下，温度升高，粉尘表面吸附的水分减少，使表面比电阻升高。,大气污染控制工程,10,粉尘自漏斗连续落到水平面上，堆积成圆锥体。圆锥体的母线同水平面的夹角称为该粉尘的安息角，也叫休止角、堆积角等。 粉尘的滑动角系指自然堆放在光滑平面上的粉尘，随光滑平板做倾斜运动时,平板上粉尘开始发生滑动的平板倾斜角。 粉尘的安息角及滑动角是评价粉尘流

5、动性的一个重要指标。安息角和流动角小的粉尘，流动性好，安息角和流动角大的粉尘，其流动性就差。粉尘的安息角和滑动角是设计除尘器灰斗(或料仓)的锥度、除尘管路或输灰管路斜度的重要依据。,r为3540比较合适,r,3.1.5 粉尘的安息角和滑动角,大气污染控制工程,11,粉尘的粘附性是指粉尘颗粒之间互相附着或粉尘附着在器壁表面的可能性。粉尘颗粒由于互相粘附而凝聚变大，有利于提高除尘器的捕集效率，但粉尘对器壁的粘附会造成装置和管道的堵塞。 颗粒细，形状不规则，表面粗糙，含水率高，润湿性好及荷电量大时，易于产生粘附现象。此外，还与粉尘随气流运动的速度及壁面粗糙情况有关。,3.1.6 粉尘的粘附性,大气污

6、染控制工程,12,在封闭空间内可燃性悬浮粉尘的燃烧在一定浓度范围内会导致化学爆炸。能够引起爆炸的浓度范围叫作爆炸极限，引起爆炸的最高浓度叫做爆炸上限,最低的浓度叫做爆炸下限。在低于爆炸浓度下限或高于爆炸浓度上限的燃烧都属于正常的安全燃烧，不会发生爆炸。由于多数粉尘的爆炸上限浓度很高，在多数情况下达不到这个浓度,因而粉尘的爆炸上限浓度无实际意义。 粉尘着火所需要的最低温度为着火点，粉尘越细，着火点越低。着火点越低，爆炸下限越低，粉尘爆炸 的危险性越大。,3.1.7 粉尘的爆炸性,大气污染控制工程,13,有些粉尘(如镁粉、碳化钙粉)与水接触后会引起自燃或爆炸，称这种粉尘为具有爆炸危险性粉尘。这类粉

7、尘不能采用湿法除尘。 有些粉尘(如硫矿粉、煤尘等)在空气中达到一定浓度时，在外界的高温、摩擦、震动、碰撞以及放电火花等作用下会引起爆炸，这些粉尘亦称为具有爆炸危险性粉尘。 有些粉尘互相接触或混合，如溴与磷、锌粉与镁粉接触混合，也会引起爆炸。,大气污染控制工程,14,3.2.1. 粒径 粒径：表示粒子大小的最佳代表性尺寸，分为单一粒径和平均粒径 （1）单一粒径 球形颗粒用直径来表示，非球形颗粒一般用投影径、筛分粒径、几何当量径和物理当量径四种方法来定义。 投影径：颗粒在显微镜下观察到的粒径。,长短径,定向径,定向面积等分径,3.2 粉尘的粒径和粒径分布,目是指每平方英时筛网上的空眼数目，50目就

8、是指 每平方英时上的孔眼是50个，500目就是500个，目数越高，孔眼越多。除了表示筛网的孔眼外，它同时用于表示能够通过筛网的粒子粒径，目数越高，粒径越小。, 筛分粒径就是颗粒可以通过筛网的筛孔尺寸。,国内通常使用的筛网数目与粒径（m）对照表,大气污染控制工程,17,几何当量径：取与颗粒的某一几何量（如体积、面积等）相同时的球形颗粒的直径。,等投影面积径 等体积径 等表面积径,大气污染控制工程,18,物理当量径：取与颗粒的某一物理量相同时的球形颗粒的直径,斯托克斯粒径dst：与被测粒子密度相同，终末沉降速度相等的球的直径。 空气动力粒径da：与被测粒子在空气中的终末沉降速度相等的单位密度的球的

9、直径。,大气污染控制工程,19,（2）平均粒径,大气污染控制工程,20,大气污染控制工程,21,粒径分布是指某一粒子群中不同粒径的粒子所占的比例，也称粒子的分散度。有个数分布、表面积分布、质量分布等，除尘技术中多采用质量分布。 1. 粒径分布的表示方法 (1) 频数分布 对从气溶胶颗粒群中取出具有代表性并符合统计学所规定的样本，在显微镜下进行观测将观测到的粒径以及各粒径或粒径区间内颗粒的个数或质量，分成各等距(或不等距)组并以表格形式将各组中的粒子个数或质量数(组频数)排列成表。,3.2.2. 粒径分布,大气污染控制工程,22,大气污染控制工程,23,(2) 相对频数分布D(%)：是指粒径从d

10、p到dp dp之间的粒子质量m占粉尘试样总质量m0的百分数。 (3) 频率密度分布(%/m)，是指粒径组距为1 m时的相对频数分布，即 dp1 m时粒子质量占粉尘试样总质量的百分数。,大气污染控制工程,24,d. 筛上累积频率分布R(%)：是指大于某一粒径的所有粒子质量占粉尘试样总质量的百分数。 筛下累积频率分布D(%),大气污染控制工程,25,右图是频数分布直方图（a） 、频度分布的直方图（b）和筛上累积分布及筛下累积分布的曲线（c）。 筛上累积分布和筛下累积分布相等(R=D=50%)时的粒径为中位径，记作d50，即 (c) 中R与D两曲线交点处对应的粒径。中位径是除尘技术中常用的一种表示粉

11、尘粒径分布特性的简明方法。 (b)中频度分布达到最大值时相对应的粒径称作众径，记作dd。,大气污染控制工程,26,1. 正态分布（高斯分布） 频数曲线是对称于算术平均值的两侧，故其众径、中位径和算术平均值重合。 频率密度曲线是关于平均值对称的钟型曲线，累计分布曲线在概率坐标图中为一直线。,3.2.3 粉尘粒径的分布函数,27,2. 对数正态分布 大多数粒子的粒径分布在矩形坐标图中是偏态的，若横坐标用对数坐标（ln dp）代替，可转化为近似正态分布的对称性钟型曲线。,大气污染控制工程,28,29,3. 罗辛拉姆勒（R-R）分布,或,大气污染控制工程,30,3.3 微粒在流体中的运动阻力,3.3.

12、1 微粒在流体中的运动阻力和阻力系数,大小由下式确定：,和m的值与粒子雷诺数的大小有关。,大气污染控制工程,31,层流区，也称斯托克斯区，Rep1.0，有24，m=1.0，故 过渡区，也称奥伦区，Rep1500，有18.5，m=0.6，故, 紊流区，也称牛顿区， 500 Rep 105，有0.44，m=0，故,大气污染控制工程,32,表 3-3 不同区域内的阻力系数CD和阻力FD,层流区中：,（3-40）,大气污染控制工程,33,在式(3-40)的推导过程中，曾假设微粒表面有一无限薄的流体介质层，它与尘粒之间没有相对运动。但在实验中发现。当微粒粒径小于1.0m时，薄气层与微粒表面有滑动现象，使

13、实际阻力小于按式(3-40)计算之值。肯宁汉针对这种现象，提出了滑动修正系数（又称肯宁汉修正系数），以Cu表示，即,3.3.2 滑动修正系数（又称肯宁汉修正系数）,大气污染控制工程,34,微粒在重力场、电场、离心力场中的运动，只要满足Rep1.0，且dp 1m时，都可用下式计算阻力系数：,在常压空气中，Cu也可用下式估算,粒径dp的单位为m,大气污染控制工程,35,3.4 微粒沉降分离机理,3.4.1 重力沉降 设一直径为dp的球形颗粒在静止流体中从静止状态开始作自由重力沉降。颗粒只受重力F1和流体浮力F2的作用，这两个力向下的合力FG为： 当合力FG和阻力FD相等时，沉降速度达到最大，称为终

14、末沉降速度。,大气污染控制工程,36,假设处于某一区域（如层流区），将相应阻力系数公式代入速度式。 如将,在计算粉尘颗粒的终末沉降速度时，常需要采用试算法。,再将vs代入Rep式，验证Rep是否符合原假设区域。若假设不成立，则需重新假设所处区域。,大气污染控制工程,37,大多数工业粉尘的粒径在100微米以下，故对于气体除尘中所遇到的粉尘，一般都可以采用斯托克斯公式进行计算。 当粉尘的粒径小于1微米时，应用肯宁汉滑动修正系数进行修正。,大气污染控制工程,38,对于过渡区，终末沉降速度vs 为 对于牛顿区，终末沉降速度vs 为,大气污染控制工程,39,3.4.2 离心沉降,大气污染控制工程,40,

15、电力沉降包括两类情况：自然荷电粒子和外加电场荷电粒子在电力作用下的沉降。,对于斯托克斯区域的颗粒，颗粒所受气流阻力，当静电力FE和阻力FD达到平衡时，颗粒便达到静电沉降的终末速度，习惯上称为颗粒的驱进速度，并用表示,静电力FE为 FE=qE,3.4.3 电力沉降,大气污染控制工程,41,拦截：颗粒4和5因质量和惯性较小而不会离开流线，这时只要粒子的中心是处在距靶表面不超过dp/2的流线上，就会与捕尘体接触而被捕获。,惯性碰撞：距停滞流线较近的大颗粒3，因其质量和惯性较大而脱离流线，保持自身原来的运动方向而与靶碰撞，继而被捕集。,3.4.4 惯性沉降,大气污染控制工程,42,3.4.4.1 惯性

16、碰撞 惯性碰撞的捕集效率主要取决于三个因素： (1)气流速度在捕尘体（即靶）周围的分布 ，它随气体相对捕尘体流动的雷诺数而变化。捕尘体雷诺数 定义为 式中 v0未被扰动的上游气流与捕尘体之间的相对流速（m/s）； Dc捕尘体的定性尺寸（m）。 在高 下（势流），除了邻近捕尘体表面附近外，气流流型与理想气体一致；在较低 时，气流受粘性力支配，即为粘性流。,大气污染控制工程,43,(2)颗粒运动轨迹，它取决于颗粒的质量、气流阻力、捕尘体的尺寸和形状，以及气流速度等。 斯托克斯准数St(也称为惯性碰撞参数），它定义为颗粒的停止距离xs与捕尘体直径Dc之比。对于球形的斯托克斯颗粒,有 惯性碰撞分级效率

17、 st与斯托克斯准数St的关系,(3)颗粒对捕尘体的附着，捕集效率通常假定为100%。,大气污染控制工程,44,拦截作用一般用无因次的拦截参数R来表示其特性，它定义为：,拦截参数R愈大，即dp愈大，Dc愈小，拦截效率愈高。,3.4.4.2 拦截,大气污染控制工程,45,3.4.5.1 均方位移和扩散系数 很小的微粒受到气体分子的无规则撞击，使它们也象气体分子一样作无规则运动，称为布朗运动；布朗运动促使微粒从浓度较高的区域向浓度较低的区域扩散，称为布朗扩散。在一定时间t内，粒子沿x轴的均方位移为,3.4.5 扩散沉降,大气污染控制工程,46,3.4.5.2 扩散沉降效率 扩散沉降效率取决于捕尘体

18、的质量传递皮克莱（Peclet）数Pe和捕尘体雷诺数ReD。皮克莱数Pe定义为： 对于粘性流，朗格缪尔提出的计算颗粒在孤立的单个圆柱形捕尘体上的扩散沉降效率为,各种捕集作用比较,对于大颗粒的捕集，扩散沉降的作用很小，主要靠惯性碰撞作用 对于很小的颗粒，惯性碰撞作用很小，主要靠扩散沉降 对于在惯性碰撞和扩散沉降均无效的粒径范围内（0.2-1.0微米）捕集效率最低。,大气污染控制工程,48,大气污染控制工程,49,3.5 除尘器的分类与性能,3.5.1 除尘器的分类,大气污染控制工程,50,技术指标,经济指标,低阻高效,处理流量 除尘效率 压力损失 设备投资及运行管理费 占地面积 设备可靠性及使用寿命 操作及维护管理难易程度,3.5.2 净化装置的性能指标,大气污染控制工程,51,（1）除尘效率,（