大气 第3章 除尘技术基础幻灯片.ppt

* 对于绕过球体的粘性流： （R0.1） 对于绕过圆柱体的粘性流： （R0.07，ReD0.5） * 粒子的扩散系数D决定于气体的种类和温度以及粒子大小，可由两种理论方法求得： 对于粒径约等于或大于气体分子平均自由程(Kn《0.5)的粒子，可用爱因斯坦公式计算： (m2/s) k—玻耳兹曼常数，k=1.38×10-23J/K。 七、扩散沉降 1．扩散系数和均方根位移 * 对于粒径大于气体分子但小于气体分子平均自由程(Kn＞0.5)的粒子，可用朗缪尔公式计算： 式中： p—气体的压力，Pa； R—摩尔气体常数，R=8.314J/(mol·K); M—气体的摩尔质量，kg/mol. * * 根据爱因斯坦研究结果，由于布朗扩散，颗粒在时间t（S）内沿x轴的均方根位移为： * 单位密度的球形粒子在1秒钟内由于布朗扩散的平均位移xBM和由于重力作用的沉降距离xG比较： 随着粒径的减小，在相同时间内布朗扩散的平均位移比重力沉降距离大得多。 * 2．扩散沉降效率 扩散沉降效率取决于捕集体的质量传递皮克莱(Peclet)数Pe和雷诺数ReD。皮克莱数Pe定义为 皮克菜数Pe是捕集过程中扩散沉降重要性的量度。Pe值越大，扩散沉降越不重要。 * 对于粘性流，朗格缪尔提出的计算粒子在圆形捕集体上的扩散沉降效率为 ： 对于势流，速度场与ReD无关，在高ReD下纳坦森方程： 对于大颗粒的捕集，布朗扩散的作用很小，主要是惯性碰撞，对于小颗粒，惯性碰撞作用非常小，主要是扩散沉降。 End * “滑动”修正： 修正滑动条件：将一个称为坎宁汉（Cunningham）修正因数的系数C引入斯托克斯定律，即 坎宁汉因数的值取决于努森（Kundsen）数 可用以下公式计算： 气体分子平均自由程?可按下式计算： * * 气体分子的算术平均速度 R---通用气体常数， ； T----气体温度，K;M----气体的摩尔质量，kg/mol * 坎宁汉因数C与气体的温度、压力与颗粒大小有关，温度越高、压力越低、粒径越小，C值越大。作为粗略估计，在293K和1atm下，C=1+0.165/dp, 其中dp用μm单位。 * 例 试确定一个球形颗粒在静止干空气中运动时的阻力。已知： （1） dp=100μm，u=1.0m/s, T=293K,p=1atm （2） dp=1μm，u=0.1m/s, T=373K,p=1atm * 解：（1）在293K和1atm下，干空气粘度μ=1.81×10-5Pa.s，密度ρ=1.205kg/m3, 则颗粒雷诺数： * 颗粒的运动属于过渡区，因此阻力系数 代入流体阻力 计算式，得 * （2）在273K和1atm下，μ=2.18×10-5Pa.s，密度ρ=0.947kg/m3。 处于stokes区域，因粒径较小，需要进行坎宁翰修正。 首先计算气体分子算术平均速度 * 然后计算气体分子平均自由程 * 则努森数 * 二、阻力导致的减速运动 条件：球形颗粒；接近静止的空气；某一初速度v0运动；除了空气阻力外无其它力的作用：颗粒相对空气只能作非稳定减速运动。 根据牛顿第二定律： 即由阻力导致的减速度： 若只考虑斯托克斯区域颗粒的减速运动，则空气阻力FD可用式 确定，则： 参数 是颗粒-气体系统的一个基本特征参数，称为颗粒的弛豫时间。 在时间t时颗粒的速度： (m/s) 由此可见，弛豫时间τ的物理意义可以叙述为，由于流体阻力使颗粒的速度减小到它的初速度的1/e（约36.8%）时所需的时间。 若t =τ，则 在时间t=0时运动速度为u0的颗粒，减速到u所需的时间t，由上式作定积分得： (s) 对于颗粒由初速度u0减速到u所迁移的距离x，利用u=dx/dt,变换式 积分后得： (m) * 对于处于滑动领域的颗粒，则应引入坎宁翰修正因数C，相应的迁移时间和迁移距离为： (s) (m) 使粒子由初速度u0达到静止所需的时间是无限长的，但颗粒在静止之前所迁移的距离却是有限的，这个距离称为颗粒的停止距离。 或 二、重力沉降 静止流体中的单个球形颗粒，在重力作用下沉降时，所受作用力由重力FG，流体浮力FB和流体阻力FD，三力平衡关系式为： * 对于斯托克斯区域的颗粒，带入阻力计算式 得到颗粒的终末沉降速度 ： (m/s) * 当流体介质是气体时，ρpρ,可忽略浮力的影响，则沉降速度公式简化为： (m/s) 对于坎宁翰领域的小颗粒，应修正为 (m/s) 以上两式在除尘中是非常重要的，但它仅对粒径为1.5-75μm的单位密度的颗粒才是精确的（精