5《大氣污染控制工程》教案-第五章.2

1、第五章顆粒物燃物掌握技術(shù)基礎(chǔ)為了深化懂得各種除塵器的除塵機(jī)理和性能，正確設(shè)計(jì)、挑選和應(yīng)用各種除塵器，必需明白粉塵的物理性質(zhì)和除塵器性能的表示方法及粉塵性質(zhì)和除塵器性能之間的關(guān)系；第一節(jié)粉塵的粒徑及粒徑分布一、顆粒的粒徑粉塵顆粒大小不同，其物理、化學(xué)特性不同，對(duì)人和環(huán)境的危害亦不同，而且對(duì)除塵裝置的性能影響很大，所以顆粒的大小是粉塵的基本特性之一；如顆粒是大小勻稱的球體，就可用其直徑作為顆粒大小的代表性尺寸；但實(shí)際上，不僅顆粒的大小不同，而且外形也各種各樣；所以需要按肯定的方法確定一個(gè)表示顆粒大小的代表性尺寸，作為顆粒的直徑，簡稱為粒徑 ；下面介紹幾種常用的粒徑定義方法；（ 1）用顯微鏡法 觀測

2、顆粒時(shí)，采納如下幾種粒徑表示方法： 定向直徑df，也稱菲雷待feret 直徑；為各顆粒在投影圖中同一方向 上的 最大投影長度，如圖5 1a所示； 定向面積等分直徑dm，也稱馬丁 martin 直徑， 為各顆粒在投影圖上按同一方向 將顆粒 投影面積二等分的線段長度，如圖51b 所示； 投影面積直徑da ，也稱黑烏德heywood 直徑，為與顆粒投影面積相等的圓的直徑，如圖5 一 lc所示；如顆粒投影面積為a ，就 da 4a 1/2；依據(jù)黑烏德測定分析說明，同一顆粒的df da dm ；（ 2）用篩分法測定時(shí)可得到篩分直徑 ，為顆粒能夠通過的最小方孔的寬度；（ 3）用光散射法 測定時(shí)可得到等體積

3、直徑dv ，為與顆粒體積相等的球的直徑；如顆粒體積為v,就 dv 6v 1/3 ；（ 4）用沉降法測定時(shí)，一殷采納如下兩種定義：斯托克斯 stokes直徑 ds，為在同一流體中與顆粒的密度相同 和沉降速度相等的球的直徑；空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da，為在空氣中與顆粒的沉降速度相等的單位密度 （ p=1g/cm 3）的球的直徑；斯托克斯直徑和空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑是除塵技術(shù)中應(yīng)用最多的兩種直徑，緣由在于它們與顆粒在流體中的動(dòng)力學(xué)行為親密相關(guān)；綜上所述，粒徑的測定和定義方法可歸納為兩類：一類 是按顆粒的 幾何性質(zhì) 來直接測定和定義的，如顯微鏡法和篩分法；另一類就是依據(jù)顆粒的某種物理性質(zhì)間接測定和定義的；如斯

4、托克斯直徑、等體積直徑等；粒徑的測定方法不同，其定義方法也不同，得到的粒徑數(shù)值往往差別很大，很難進(jìn)行比較，因而實(shí)際中多是依據(jù)應(yīng)用目的來挑選粒徑的測定和定義方法；此外，粒徑的測定結(jié)果仍與顆粒的外形親密相關(guān)；通常用圓球度 來表示 顆粒外形 與球形顆粒 不一樣程度的度量；圓球度 是與顆粒體積相等的圓球的表面積和顆粒表面積 之比； 以 s 表示， 它的值總是小于1；（數(shù)值越接受 1，表示越接近球形）二、粒徑分布粒徑分布 是指不同粒徑范疇內(nèi)的顆粒的個(gè)數(shù)（或質(zhì)量或表面積）所占的比例；也稱粉塵的分散度 ；以顆粒的個(gè)數(shù)表示所占的比例時(shí)，稱為個(gè)數(shù)分布 ；以顆粒的質(zhì)量表示所占比例時(shí)，稱為質(zhì)量分布 ；以顆粒的表面積

5、表示所占比例時(shí)，稱為表面積分布 ；除塵技術(shù)中多采納粒徑的質(zhì)量分布 ；下面以粒徑分布測定數(shù)據(jù)的整理過程來說明粒徑分布的表示方法 及相應(yīng)定義；1. 個(gè)數(shù)分布1 個(gè)數(shù)頻率： 第 i 粒徑間隔中的顆粒個(gè)數(shù)ni 與顆粒總個(gè)數(shù)ni 之比（或百分比） ，即：.in i.51n i（ 2）個(gè)數(shù)篩下累積頻率：為小于第i 間隔上限粒徑的全部顆粒個(gè)數(shù)與顆?？倐€(gè)數(shù)之經(jīng)（或百分比），即：ifinn i.52n i注： f=0.5 時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑d50 稱為 個(gè)數(shù)中位粒徑（ nmd ）（ 3）個(gè)數(shù)頻率密度：指單位粒徑間隔時(shí)的個(gè)數(shù)頻率；pi.i d pi注：個(gè)數(shù)頻率密度最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑稱為個(gè)數(shù)眾徑 （ dd）2質(zhì)量分布假

6、設(shè)全部顆粒具有相同的密度，顆粒的質(zhì)量與其粒徑的立方成正比；就顆粒以個(gè)數(shù)表示的粒徑分布，可以轉(zhuǎn)換為以顆粒的質(zhì)量表示的粒徑分布；3質(zhì)量頻率 ： gmini dpi.56nin dmi3ipi質(zhì)量篩下累積頻率：小于第i 間隔上限粒徑的全部顆粒發(fā)生的質(zhì)量頻率，即質(zhì)量篩下累積頻率：iig ig in3n dipin d3ipi.57質(zhì)量頻率密度：指單位粒徑間隔時(shí)的質(zhì)量頻率；dgqddp同理，質(zhì)量篩下累積頻率g=0.5 時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑d50，稱為 質(zhì)量中位粒徑（mmd ）；質(zhì)量頻率密度最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑稱為質(zhì)量眾徑 ；為了更好地懂得上述概念，請(qǐng)看例題5-1 ；3. 平均粒徑為了更加簡明地表示顆粒的某一物理特

7、性和平均尺寸的大小，往往需要求出顆粒群的平均粒徑，下面給出幾種常用的平均粒徑表示方法： 長度（算術(shù)）平均粒徑n ddgi 2ipipidlfi dpi3ni.510gidpi.i dpigid2pi 證明過程：gdi 3pin d3由式 5-6 可知，ginipin d3ipi，所以：gn d31n dgn d31niipiipi；iipii；dddd2n2n dpi3piipin3n d3piipin3n d3piipinn d3ipi因此，gi dpi2gid3pini dpinifi dpi ； 表面積平均粒徑n d211g / d1dsipi 2f d2nipi 2ipig / d3

8、2 .511iipi體積平均粒徑n d311113dvipif d 3nipi 3 3 .512g / d3iipi體積表面積平均粒徑ipiipin d3f d31dsvn d2f d2g / d.513幾何平均粒徑ipiipiipi1用每一個(gè)粒子粒徑表示：dgd1d2d3. n .514用粒徑間隔粒子平均粒徑表示：如按 lndg 表示幾何平均粒徑：1g123ddn1 dn2 dn3 . n .514aln dgn i ln d pi.515或者n i ln d pid gexp.515ann注 ：對(duì)于頻率密度分布曲線對(duì)稱的分布，其眾徑dd、中位直徑d50、幾何平均直徑d l 相等；而對(duì)于非對(duì)

9、稱性分布的，有dd d50 d l ；講解例題5-2 ；四、粒徑分布函數(shù)1、正態(tài)分布正態(tài)分布也稱高斯分布；頻率密度p 或q 函數(shù)為：pp2pd 1expddp 2.51622篩下累積頻率f（或 g）：fdp 1dp20expdp2dp 2 2dd p .517標(biāo)準(zhǔn)差：ni d pn1dp 21 2 .518正態(tài)分布是最簡潔的函數(shù)形式，它的個(gè)數(shù)頻率密度p 分布曲線是關(guān)于算術(shù)平均粒徑d l 的對(duì)稱性鐘形曲線，因而有dl =d50=dd ；它的f 曲線在 正態(tài)概率坐標(biāo)紙上是一條直線，其斜率取決于標(biāo)準(zhǔn)偏差值，其值可以從f 曲線查出并按下式運(yùn)算：dddd1 dd.519284.1505015.984.1

10、15.92、對(duì)數(shù)正態(tài)分布假如以粒徑的對(duì)數(shù)lnd p 代替粒徑dp 對(duì)頻率密度p（或 q）作曲線， 得到一像正態(tài)分布一樣的對(duì)稱性鐘形曲線，就可認(rèn)為該粉塵粒徑分布符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布；篩下累積頻率f（或 g）表達(dá)式：1ln dpln dp/ dg2fd p exp dln d p .520g2lng2 ln頻率密度函數(shù)：pd p dfd p 1 ln d pexp/ dg2 .521g式中： dg幾何平均粒徑；ddp2 d p lng2 ln g幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差，定義為：n ln dp/ d 21lngiign1 2 .522累積頻率曲線在對(duì)數(shù)概率坐標(biāo)紙上為始終線，斜率g 取決于：d 84.1gd50d

11、50d15.9d 84.1 1/2 .523 d15.9平均粒徑的換算關(guān)系為：（ mmd質(zhì)量中位粒徑、nmd 個(gè)數(shù)中位粒徑、smd 面積中位粒徑）lnmmd=lnnmd+3ln2g.5-24lnsmd=lnnmd+2ln2g.5-25可由 g、mmd （或 nmd ）運(yùn)算出各種平均粒徑；ln dln nmd1 ln 2ln mmd5 ln 222lggln dsln nmdln 2ln mmd2ln 2gln dvln nmd32lng2gln mmd32lng2512表面積 -體積平均粒徑：ln d svln nmdlngln mmdlng223、羅辛拉姆勒分布（自學(xué)）其次節(jié)粉塵的物理性質(zhì)本

12、節(jié)主要介紹粉塵的物理性質(zhì)，包括粉塵的密度、安眠角、滑動(dòng)角、比表面積、含水率、潤濕性、荷電性、導(dǎo)電性、黏附性、自燃性和爆炸性；一、粉塵的密度單位體積粉塵的質(zhì)量稱為粉塵的密度，單位kg/m 3 或 g/cm 3；依據(jù)粉塵測定條件及應(yīng)用條件的不同，可分為真密度和積累密度；1 真密度：不包括粉塵顆粒之間和顆粒內(nèi)部的間隙體積，而是粉塵自身所占的真實(shí)體積，就以此真實(shí)體積求得的密度，稱為粉塵的真密度，以p 表示；2 積累密度：包括物體顆粒之間和顆粒內(nèi)部的間隙體和會(huì)求得的密度稱為積累密度，用 b 表示；如將粉體顆粒間和內(nèi)部間隙的體積與積累粉塵的總體積之比稱為間隙率，用表示，就間隙率與 b 和 p之間的關(guān)系為：

13、b=1- p.（5-37）（ 請(qǐng)同學(xué)們課下推導(dǎo)此公式）二、粉塵的安眠角與滑動(dòng)角安眠角 ：粉塵從漏斗連續(xù)落到水平面上，自然積累成一個(gè)圓錐體，圓錐體母線與水平面的夾角稱為粉塵的安眠角；也稱動(dòng)安眠角 或積累角 ；滑動(dòng)角 ：指自然堆放在光滑平板上的粉塵，隨平板做傾斜運(yùn)動(dòng)時(shí)，粉塵開頭發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的平板傾斜角；也成靜安眠角 ；影響粉塵安眠角和滑動(dòng)角的因素主要有：粉塵粒徑、含水率、顆粒外形、顆粒表面光滑程度及粉塵粘性等；對(duì)于一種粉塵，粒徑越小，安眠角越大；粉塵含水率增加，安眠角增大；表面越光滑和越接近球形的顆粒，安 息角越小；粉塵的安眠角與滑動(dòng)角是評(píng)判粉塵流淌性的一個(gè)重要指標(biāo)；安眠角小的粉塵，其流淌性好；安眠

14、角大的粉塵，其流淌性差；粉塵的安眠角與滑動(dòng)角是設(shè)計(jì)除塵器灰斗（或粉料倉）的錐角及除塵管路或輸灰管路傾斜角的主要依據(jù)；三、粉塵的比表面積粉狀物料的很多理化性質(zhì)，往往與其表面積大小有關(guān)，細(xì)顆粒往往表現(xiàn)出顯著的物理、化學(xué)活動(dòng)性；比表面積：單位體積或質(zhì)量 粉塵所具有的表面積；以粉塵自身體積即凈體積 為基準(zhǔn)表示的比表面積sv ，定義為：s62sv（ cmvd sv/ cm3）538式中： s 粉塵的平均表面積，cm2； dsv 粉塵的表面積體積平均粒徑，cm；v 粉塵的平均體積，cm3；以粉塵質(zhì)量為基準(zhǔn)表示的比表面積sm，定義為：2sms6cm/ g.539p vp dsv式中 :p粉塵真密度，g/cm

15、3；以粉塵積累體積為基準(zhǔn)表示的比表面積sb，定義為：s1s1s612cm/ cm3 .540bvvdsv注：積累體積v b=1- v p，依據(jù)定義可得到5-40 式；四、粉塵的含水率粉塵中的水分包括附著在顆粒表面上的和包含在凹坑處與細(xì)孔中的自由水分 ，以及緊密結(jié)合在顆粒內(nèi)部的結(jié)合水分 ；粉塵中的水分含量，用含水率w 表示，指粉塵中所含水分質(zhì)量與粉塵總質(zhì)量（包括干粉塵與水分）之比；粉塵含水率的大小，會(huì)影響到粉塵的其他物理性質(zhì)，如導(dǎo)電性、黏附性、流淌性等，全部這些在設(shè)計(jì)除塵裝置時(shí)都必需加以考慮；五、粉塵的潤濕性粉塵顆粒能否與液體相互附著或附著難易程度的性質(zhì)稱為粉塵的潤濕性 ；當(dāng)塵粒與液體接觸時(shí)，接

16、觸面能擴(kuò)大而相互附著，就是能潤濕；反之，接觸面趨于縮小而不能附著，就是不能潤濕；一般依據(jù)粉塵能被液體潤濕的程度將粉塵大致分為兩類：簡潔被水潤濕的親水性粉塵（潤濕性粉塵），難以被水潤濕的疏水性粉塵（非潤濕性粉塵）；粉塵的潤濕性用液體對(duì)試管中粉塵的潤濕速度 來表征；通常取潤濕時(shí)間為20min ，測出此時(shí)的潤濕高度l 20（ mm ），于是潤濕速度為：v 20l 2020mm / min.541粉塵的潤濕性與粉塵的性質(zhì)，如粒徑，生成條件、溫度、含水率、表面粗糙度、荷電性等有關(guān)，仍與液體的表面張力、塵粒和液體間的粘附力及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等有關(guān)；此外，粉塵的潤濕性仍隨壓力的增加而增加，隨溫度上升而減小，隨液

17、體表面張力減小而增強(qiáng)；潤濕性是選用濕式除塵器的主要依據(jù)；各種濕式除塵裝置，主要是依靠粉塵與水的潤濕作用來捕集粉塵的；六、粉塵的荷電性及導(dǎo)電性l.粉塵的荷電性粉塵在其產(chǎn)生及運(yùn)動(dòng)過程中，由于相互碰撞、摩擦、放射線照耀、電暈放電及接觸帶電體等緣由，幾乎總是帶有肯定量的電荷；粉塵荷電后將轉(zhuǎn)變其某些物理性質(zhì)，如凝結(jié)性、附著性及在氣體中的穩(wěn)固性等；粉塵的荷電量隨溫度增高、表面積加大和含水率減小而增加，仍與其化學(xué)組成有關(guān)；粉塵的荷電在除塵中有重要作用，如電除塵器就是利用粉塵的荷電而除塵的，2. 粉塵的導(dǎo)電性粉塵的導(dǎo)電性與金屬導(dǎo)線類似，用電阻率（比電阻）d 表示；vcm.542dj式中： v 通過粉塵層的電壓

18、，v ；j通過粉塵層的電流密度，a/cm 2； 粉塵層的厚度，cm；粉塵的導(dǎo)電機(jī)制有兩種，取決于粉塵、氣體的溫度和組成成分；在表面導(dǎo)電占優(yōu)勢的低溫范疇內(nèi)（100以下），粉塵電阻稱為表面電阻率 ，其值隨溫度上升而增大，隨含水率增大而減小；在體積導(dǎo)電占優(yōu)勢的高溫范疇（ 200以上）內(nèi)，粉塵比電阻稱為體積電阻率 ，其值隨溫度上升而減?。辉趦煞N導(dǎo)電機(jī)制皆重要的中間溫度范疇內(nèi)，粉塵比電阻是表面比電阻和容積比電阻的合成；其值最高；見圖（5-11） p148七、粉塵的粘附性粉塵顆粒附著在固體表面上，或者顆粒彼此相互附著的現(xiàn)象稱為粘附；后者也稱自粘；附著強(qiáng)度，即克服附著現(xiàn)象所需要的力 垂直作用在粒粒重心上 稱

19、為 粘附力 ；粉塵的粘附是一種常見的實(shí)際現(xiàn)象，既有其有利的一面，也有其有害的一面；顆粒之間的粘附力有三種：分子力、毛細(xì)力和靜電力；斷裂強(qiáng)度表征粉塵自黏性的基本指標(biāo)，在數(shù)值上等于粉塵斷裂所需的力除以其斷裂的接觸面積；依據(jù)斷裂強(qiáng)度的大小，將各種粉塵分為四類：不黏性、微黏性、中等黏性和強(qiáng)黏性；見表5-9；八、粉塵的自燃性和爆炸性1. 粉塵的自燃性自燃指粉塵在常溫下存放過程中自然發(fā)熱，此熱量經(jīng)長時(shí)間的積存，達(dá)到該粉塵的燃點(diǎn)而引起的燃燒現(xiàn)象；粉塵自煙的緣由在于自然發(fā)熱，并且產(chǎn)熱速率超過排熱速率，使物系熱量不斷積存所致；引起粉塵自燃發(fā)熱的緣由有：氧化熱；分解熱；聚合熱；發(fā)酵熱；2. 粉塵的爆炸性這里所說的

20、爆炸是指可燃物的猛烈氧化作用，在瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱量和燃燒產(chǎn)物，在空間造成很高的溫度和壓力，故稱為化學(xué)爆炸 ；可燃物包括可燃粉塵 、可燃?xì)怏w 和蒸氣 等；引起可燃物爆炸必需具備的條件有兩個(gè) ： 一是 由可燃物與空氣或氧構(gòu)成的可燃混合物達(dá)到肯定的濃度（上限和下限）； 二是 存在能量足夠的火源；可燃混合物中可燃物的濃度，只有在肯定范疇內(nèi)才能引起爆炸；能夠引起可燃混合物爆炸的最低可燃物濃度，稱為 爆炸濃度下限；最高可燃物濃度稱為爆炸濃度上限；在可燃物濃度低于爆炸濃度下限或高于爆炸濃度上限時(shí)，均無爆炸危急；由于上限濃度值過大如糖粉在空氣中的爆炸濃度上限為13.5kg m3，在多數(shù)場合下都達(dá)不到，故實(shí)際意

21、義不大；此外，有些粉塵與水接觸后會(huì)引起自燃或爆炸，如鎂粉、碳化鈣粉等；有些粉塵相互接觸或混合后也會(huì)引起爆炸，磷、鋅粉與鎂粉等；第三節(jié)凈扮裝置的性能評(píng)判凈扮裝置性能的指標(biāo)，包括技術(shù)指標(biāo) 和經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 兩方面；技術(shù)指標(biāo)主要有處理氣體流量、凈化效率 和壓力缺失 等；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要有設(shè)備費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和占地面積等；此外，仍應(yīng)考慮裝置的安裝、操作、檢修的難易等因素；本節(jié)以凈化效率為主來介紹凈扮裝置技術(shù)性能的表示方法；一、凈扮裝置技術(shù)性能的表示方法1. 處理氣體流量處理氣體流量是代表裝置處理氣體才能大小的指標(biāo)，一般以體積流量 表示；實(shí)際運(yùn)行的凈扮裝置，由于本體漏氣等緣由，往往裝置進(jìn)口和出口的氣體流量不同，因此，用

22、兩者的平均值作為處理氣體流量的代表：qqm13qv,nv,1nv,2nn2/ s.543式中： qv,1n 裝置進(jìn)口氣體流量，m3n/s； qv,2n 裝置出口氣體流量，m3n/s；凈扮裝置 漏風(fēng)率 可按下式表示：q v,1nqv,2n100%.544qv,1n2凈化效率凈化效率 是表示裝置凈化污染物成效的重要技術(shù)指標(biāo)；對(duì)于除塵裝置稱為除塵效率 ，對(duì)于吸取裝置稱為吸取效率 ，對(duì)于吸附裝置就稱為吸附效率 ；3壓力缺失壓力缺失是代表裝置能耗大小的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，系指裝置的進(jìn)口和出口氣流全壓之差；凈扮裝置壓力缺失的大小，不僅取決于裝置的種類和結(jié)構(gòu)型式，仍與處理氣體流量大小有關(guān)；通常壓力缺失與裝置進(jìn)口氣

23、流的動(dòng)壓成正比，即：v2p1 pa.5452式中： 凈扮裝置的壓力缺失系數(shù)；v 1裝置進(jìn)口氣流速率，m/s； 氣體的密度，kg/m 3；凈扮裝置的壓力缺失，實(shí)質(zhì)上是氣流通過裝置時(shí)所消耗的機(jī)械能，它與通風(fēng)所耗功率成正比，所以總是希望盡可能小些；二、凈化效率的表示方法1總效率總效率 系指在向一時(shí)間內(nèi)凈扮裝置去除的污染物數(shù)量與進(jìn)入裝置的污染物數(shù)量之比；如上圖所示，裝置進(jìn)口的氣體流量為qv,1nm3/s、污染物流量為qm,1g/s、污染物濃度值1n g/m 3；出口相應(yīng)量為qv,2nm 3/s、q m,2g/s、 2n g/m3；裝置捕集的污染物流量為qm,3g/s，就有：q m,1= q m,2+

24、qm,3qm,1 = 1n qv,1n； qm,2= 2nqv,2n總凈化效率可表示為：qm,3 qm,11qm,2 .546qm,1或者：12n qv,2n .5471n qv,1n如凈扮裝置本體不漏氣，即qv,1n =qv,2n,就式（ 5-47）簡化為：12n1n.5482通過率當(dāng)凈化效率很高時(shí)，或?yàn)榱苏f明污染物的排放率，有睦也采納通過率p 來表示裝置性能：qm,22n qv,2npqm,11n qv,1n1.5493分級(jí)除塵效率除塵裝置的總效率的高低，往往與粉塵粒徑大小 有很大關(guān)系；為了表示除塵效率與粉塵粒徑的關(guān)系，提出分級(jí)除塵效率的概念；（ 形象地可以懂得粒徑越大，除塵效率越高）分級(jí)

25、除塵效率系指除塵裝置對(duì)某一粒徑dpi 或粒徑間隔dp 內(nèi)粉塵的除塵效率，簡稱分級(jí)效率 ；分級(jí)效率可以用表格、曲線圖或顯函數(shù)i=. d pi 的形式表現(xiàn)；dpi 代表某一粒徑或粒徑間隔；假設(shè)除塵器進(jìn)口、出口和捕集的dpi 顆粒質(zhì)量流量分別為qm,1i 、 qm,2i、qm,3i，就該除塵器對(duì)dpi 顆粒的分級(jí)效率為：iqm,3i qm,1iqm,2 i1.550qm,1i與分級(jí)效率相對(duì)應(yīng)，一個(gè)特別重要的值是i 50，與此值相對(duì)應(yīng)的粒徑稱為除塵器的分割粒徑 ，一般用de 表示；分割粒徑de 在爭論除塵器性能時(shí)常常用到； 4分級(jí)效率與總除塵效率之間的關(guān)系（ 1） 由總效率求分級(jí)效率：在除塵器試驗(yàn)中，

26、可以測出除塵器進(jìn)口和出口的粉塵濃度1 和 2，即可運(yùn)算出總除塵效率，為了求出分級(jí)效率，仍需同時(shí)測出除塵器進(jìn)口、出口和捕集的粉塵的質(zhì)量頻率g1i、g2i 、g3i 中任意兩組數(shù)據(jù)；依據(jù)前面質(zhì)量頻率定義式（5 6）和分級(jí)效率定義式（5 50）有：qm,1iqm,1g1i , qm,2iqm,2 g2i , qm ,3iqm,3g3iqm,3 g3iiqm,1g1ig3i g1i.551或者：qm,2 g2ii1qm,1g1i1p g2i g1i.552或者：ipg2 i /g3i.553可以課堂推算證明，也可提請(qǐng)同學(xué)們課后證明式5-53 ；由式（ 5-51 ）得g1ig3ii，代入式（ 5-52）

27、，即可得到式（5 53）；（請(qǐng)同學(xué)們課后利用上面三個(gè)分級(jí)除塵效率運(yùn)算公式重新運(yùn)算表5 10 中的數(shù)據(jù)，看表格中數(shù)據(jù)有無錯(cuò)誤？）（ 2） 由分級(jí)效率求總除塵效率由由分級(jí)效率運(yùn)算公式（5 51） g3i =ig1i ，假如對(duì)等式兩端各種粒徑間隔求和，由于g3ii1 ，就有總除塵效率運(yùn)算公式：ii g1i .5545多級(jí)串聯(lián)運(yùn)行時(shí)的總凈化效率在實(shí)際工程中，有時(shí)需要把兩種或多種不同型式的除塵器串聯(lián)起來使用，形成兩級(jí)或多級(jí)除塵系統(tǒng)；如多級(jí)除塵器中每一級(jí)的運(yùn)行性能是獨(dú)立的，凈化第i 級(jí)粉塵的分組通過率分別為pi1,pi2,pin，或分級(jí)效率分別為i1， i2 ， in，就此多級(jí)除塵器凈化第i 級(jí)粉塵的 總

28、分級(jí)通過率為：pit =pi1pi2 · · pin.（ 5 56）或 總分級(jí)效率 為：it =1-pit=1 （ 1 i1 ）（ 1 i2 ）· ·（ 1in） .（5 57）如已知各級(jí)除塵器的除塵效率為1， 2， n，也可依據(jù)式（5 57）運(yùn)算出多級(jí)除塵系統(tǒng)的總除塵效率 ： t=1（ 1 1）（ 1 2）（ 1 n）.（5 58）1234第四節(jié)顆粒捕集理論基礎(chǔ)除塵過程的機(jī)理就是，將含塵氣體引入具有一種或幾種力作用的除塵器，使顆粒相對(duì)其運(yùn)載氣流產(chǎn)生肯定的位移，并從氣流中分別出來，最終沉降到捕集表面上；顆粒的粒徑大小和種類不同，所受作用力不同，顆粒的動(dòng)力

29、學(xué)行為也不同；顆粒捕集過程所要考慮的作用力有外力、流體阻力和顆粒間的相互作用力；外力一般包括重力、離心力、慣性力、靜電力、磁力、熱力、泳力等；作用在運(yùn)動(dòng)顆粒上的流體阻力，對(duì)全部捕集過程來說都是最基本的作用力；顆粒間的相互作用力，在顆粒濃度不很高時(shí)可以忽視；下面即對(duì)流體阻力及在重力、離心力、靜電力、熱力和慣性力等作用下顆粒的沉降規(guī)律作一簡要介紹；一、流體阻力在不行壓縮的連續(xù)液體中，作穩(wěn)固運(yùn)動(dòng)的顆粒必定受到流體阻力的作用；流體阻力 來自兩個(gè)方面：由于顆 粒具有肯定的外形，運(yùn)動(dòng)時(shí)必需排開其四周的流體，導(dǎo)致其前面的壓力較后面的大，產(chǎn)生所謂的外形阻力 ；二是由于顆粒與其四周流體之間存在摩擦，導(dǎo)致了所謂的

30、摩擦阻力 ；流體阻力大小受顆粒外形、粒徑、表面特性、運(yùn)動(dòng)速度及流體的種類和性質(zhì)；阻力的方向總是和速度向量方向相反，其大小可按下式運(yùn)算：12fdc da pu 2（ n ）5-59式中： c阻力系數(shù)，量綱為一；a 顆粒在其運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積，m2，對(duì)球形顆粒 2dpa pdp / 4 ；流體密度，kg/m 3； u顆粒與流體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s；阻力系數(shù)cd是顆粒雷諾數(shù)的函數(shù)，即cd=.（ rep ）式中：repd pu； dp 顆粒的定性尺寸，m，對(duì)于球形顆粒即為其直徑；流體的黏度，pa· s ；上圖給出了cd隨 rep 變化曲線，一般可以分成三個(gè)區(qū)域：當(dāng) rep 1 時(shí)，稱

31、為 層流區(qū) 或 斯托克斯區(qū) ，顆粒運(yùn)動(dòng)處于層流狀態(tài) ， cd與 rep 近似呈直線關(guān)系：c24drep.5602對(duì)于球形顆粒，將上式（其中a pdp / 4 ，repd pu）代入式（ 5-59 ）得到：fd =3 d pun.561此式即斯托克斯（stokes）阻力定律；當(dāng) 1 rep500 時(shí)，稱為 過渡區(qū) ，顆粒運(yùn)動(dòng)逐步過渡到湍流狀態(tài)，c d與 rep 呈曲線關(guān)系，c d的運(yùn)算式很多，如伯德公式：cd =18.5pre0.6.5625當(dāng) 500 rep2× 10 時(shí)，稱為 紊流區(qū) 或牛頓區(qū) ，顆粒運(yùn)動(dòng)處于湍流狀態(tài)，cd 幾乎不隨rep 變化， cd 0.44,代入式（ 5-59

32、 ）得流體阻力公式：d2f10.44pu 20.055d 2u 2 .563dp24當(dāng)顆粒粒徑小到接近氣體分子運(yùn)動(dòng)平均自由程 的微粒在氣體介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它與氣體分子碰撞將不會(huì)連續(xù)發(fā)生，有可能與氣體分子相對(duì)滑動(dòng)；在這種情形下，微粒在運(yùn)動(dòng)中實(shí)際受到的阻力就比連續(xù)介質(zhì)考慮的阻力?。粸榇藢?duì)上述液體阻力公式進(jìn)行修正，引入坎寧漢修正系數(shù)c，就流體阻力公式為：3d p ufd =n.564 c坎寧漢修正系數(shù)按下式運(yùn)算：c1kn1.2570.400exp1.10 .565kn式中 kn 克努森數(shù)，kn=2 /d p；dp顆粒粒徑，m；氣體 分子平均自由程：0.499v.566；3干空氣黏度，pa·

33、s；干空氣密度，kg/mv 氣體分子算術(shù)平均速度：v8rt .567m式中： r摩爾氣體常數(shù)，r=8.314j/mo l · k ；t氣體溫度，k；m氣體的摩爾質(zhì)量，kg/mol ；坎寧漢修正系數(shù) c 與氣體溫度、壓力和顆粒大小有關(guān)；溫度越高、壓力越低，粒徑越小，c 值越大；作為粗略估量，在 293k 和 101325pa 下， c 1+0.165/d p，其中 dp 采納 m單位； 對(duì)于大于 1 m的粒子，在常溫常壓下的空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)一般可以忽視滑動(dòng)修正；對(duì)于顆粒在流體中運(yùn)動(dòng)的阻力運(yùn)算步驟：判定顆粒雷諾數(shù)；判定雷諾數(shù)處于哪個(gè)區(qū)域；挑選適當(dāng)公式運(yùn)算阻力系數(shù)；把阻力系數(shù)代入阻力方程運(yùn)算阻

34、力；（對(duì)于小顆粒需要做坎寧漢修正）；講解例題5-4 ；二、阻力導(dǎo)致的減速運(yùn)動(dòng)對(duì)于在接近靜止的氣體中，以某一初速度u0 運(yùn)動(dòng)的球形顆粒，除了氣體阻力外再無其力作用時(shí)，顆粒不能相對(duì)氣體作穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)，只能作非穩(wěn)態(tài)減速運(yùn)動(dòng)；依據(jù)牛頓其次定律：d3d 22p dufcpu.568即由阻力導(dǎo)致的減速度 ：pdd6dt42du3 cu.569d2dppdt42當(dāng) rep 不超過幾百時(shí)，假定阻力大小與減速度無關(guān)并不會(huì)產(chǎn)生顯著誤差，因此可以忽視減速度對(duì)cd 值的影響；當(dāng)只考慮層流區(qū)域顆粒的減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣體阻力系數(shù)cd 可用式（ 560）確定，方程（5 69）可化為：du18ppdtd 2uu .570式中：時(shí)間2

35、dpp，是表征顆粒-氣體運(yùn)動(dòng)體系的一個(gè)基本特點(diǎn)參數(shù)，稱為顆粒的弛豫時(shí)間；18在時(shí)間t=0 時(shí)運(yùn)動(dòng)速度為u0 的顆粒，減速到u 所需的時(shí)間t，由式（ 5 70）積分得：tlnu 0 s.571u由式（ 5-71）得在時(shí)間t 時(shí)顆粒的速度為：tuu0 e.572由上式可知，弛豫時(shí)間的物理意義可以認(rèn)為是由于流體阻力使顆粒的運(yùn)動(dòng)速度減小到它的初速度的1/e （約36.8%）時(shí)所需要的時(shí)間；t/對(duì)于顆粒由初速度u0 減速到 u 所遷移的距離x，利用式u=dx/dt ，變化式（ 5 70），積分后得：xu 0uu 0 1e.573對(duì)于處于滑流區(qū)域的顆粒，應(yīng)引入坎寧漢修正系數(shù)c，相應(yīng)的遷移時(shí)間和遷移距離為：

36、tclnu 0s.574uxu 0c1et/ c .575使顆粒由初速度u0 達(dá)到靜止所需要的時(shí)間是無限的，但顆粒在達(dá)到靜止前所遷移的距離卻是有限的，這個(gè)距離稱為 停止距離 ：x su 0或xsu 0c.576三、重力沉降在靜止液體中的單個(gè)球形顆粒，在重力作用下沉降時(shí)，所受到的作用力有重力fg、流體浮力fb 和流體阻力fd，三力平穩(wěn)（即勻速下降時(shí)）關(guān)系式為：fdfgfb3dpp g .5776層流區(qū)末端沉降速度對(duì)于層流區(qū)的顆粒，代入阻力運(yùn)算式（5 61），得到顆粒的重力沉降末端速度（勻速時(shí)的速度）：d 3ppfp g3d uud2 gm / s.578618dpp ss當(dāng)流體介質(zhì)是氣體時(shí)，p&

37、gt;> , 可忽視浮力的影響，就沉降速度公式可簡化為：d2ppusggm / s.579 18對(duì)于 坎寧漢 滑流區(qū)域的小顆粒，應(yīng)修正為：ppd2us18gcgc m / s.580湍流過渡區(qū)末端沉降速度將式（ 5 77）代入式（ 5 59）得到重力作用下的末端沉降速度：4d p p g 1/2us m / s.581 3cd按上式運(yùn)算us，必需確定cd 值；對(duì)于湍流過渡區(qū)，將式（5 62）代入（ 5 81）得：0.153d1.14 0.714 g0.714upps0.4280.286m / s.582紊流區(qū)（牛頓區(qū)）末端沉降速度cd=0.44，代入式（ 5 81）得：d p p g 1

38、/2us1.74m / s.583斯托克斯直徑ds 和空氣動(dòng)力學(xué)直徑da 運(yùn)算方法：依據(jù)斯托克斯沉降速度公式（5 80），可以得到 斯托克斯直徑：d 2sp18usugcd.584ss18空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑（依據(jù)p128 頁定義得）：p gcd18usa.5851000gca就空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑與斯托克斯直徑的關(guān)系為：p c 1/2式中： p 采納單位為g/cm3；dads .586caca與空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑da 相應(yīng)的坎寧漢修正系數(shù)；講解例題5-5 ；四、離心沉降隨著氣流一起旋轉(zhuǎn)的球形顆粒，所受離必力可用牛頓定律確定：u2fd3cpp6t n .587 r式中： r旋轉(zhuǎn)氣流流線的半徑，m；

39、ut r 處氣流的切向速度，m/s；在離心力的作用下，顆粒將產(chǎn)生離心的徑向運(yùn)動(dòng) （垂直于切向） ；如顆粒運(yùn)動(dòng)處于斯托克斯區(qū) ，就顆粒所受向心力的徑向流體阻力可用式（5 61）確定；當(dāng)顆粒所受離心力和向心阻力達(dá)到平穩(wěn)時(shí)，顆粒便達(dá)到了一個(gè)離心沉降的末端速度uc：f =3d un.561代入2ufd 3tn .587dpd 2u2c6pp r得：uppt n a .588cc18.r式中： ac2ut，離心加速度；如顆粒處于滑流區(qū)，仍應(yīng)得以坎寧漢修正系數(shù)；r五、靜電沉降在強(qiáng)電場中，如忽視重力和慣性力等的作用，顆粒所受作用力主要是靜電力（即庫侖力）和氣流阻力；靜電力為：fe=qen.5 89式中： q顆粒的電荷，c；e顆粒所處位置的電場強(qiáng)度，v/m ；對(duì)于斯托克斯區(qū)域的顆粒，顆粒所受氣流阻力按式（5 61）確定，當(dāng)靜電力和氣流阻力達(dá)到平穩(wěn)時(shí)，顆粒便達(dá)到一個(gè)靜電沉降的末端速度，習(xí)慣上稱為顆粒的驅(qū)進(jìn)速度 ，用表示：qe3dpm / s.590同樣，對(duì)于滑流區(qū)的顆粒，仍應(yīng)乘以坎寧漢修正系數(shù)c；六、慣性沉降顆粒接近靶運(yùn)動(dòng)時(shí)的情形：從圖中可以看出，顆粒3 依慣性與捕集體直接相撞而沉