《大气污染物控制工程》颗粒物捕集技术基础ppt课件.pptx

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1、,第五章 颗粒污染物控制技术基础,主要内容,图片来源：EPA,5-1 粒径与粒径分布,5.2 颗粒物的形貌特征,5.3 颗粒物的化学组成与光学特性,5.4 粉尘的物理性质,5.5 净化装置的性能,5.6 颗粒捕集的理论基础,Kenneth T.Whitby,一、颗粒物粒径分布,图片修改自：Kenneth T.Whitby,2,液滴,扬尘 海盐溅沫 火山灰 植物颗粒,均相成核,冷凝核成长,凝聚,凝聚,气体向非挥发性 蒸汽化学转化蒸汽,热蒸汽冷凝 一次颗粒物 凝聚 链聚合物,凝聚,雨水 冲刷,沉降作用,0.002,0.01,0.1,1,10,粒径/m,爱根核模,细颗粒物,粗颗粒物,环境大气颗粒物的

2、粒径分布,积聚模,一、颗粒物粒径分布,粗模,一、颗粒物粒径分布,肺部,鼻腔,支气管,质量中位粒径，m图片来源：NCRP,1997.,沉积比例,颗粒物在呼吸系统的沉积,一、颗粒物粒径分布,粒径对除尘效率的影响,0,50,100,除尘效率，%,分割直径 粒径dp，m,一、颗粒物粒径分布,一、颗粒物粒径,90 m海边细沙,5070 m头发丝,2.5 m,10 m,图片来源：EPA,二、颗粒物粒径的定义,显微镜法在显微镜下观测到的表征颗粒物投影长度或面积的直径，包括：,投影面积直径dA（Heywood直径）,定向直径dF（Feret 直径）,定向面积等分直径dM（Martin直径）,筛分法颗粒能够通过

3、的最小筛孔的宽度,二、颗粒物粒径的定义,等体积直径dv与颗粒体积相等的球体的直径,若颗粒物的 体积为V，则,dv 3 6V等表面积直径des与颗粒表面积相等的球体的直径,若颗粒物的表面积为S，则,des,S,dv=2.48 m,des=2.76 m,二、颗粒物粒径的定义,斯托克斯（Stokes）直径ds同一流体中与颗粒密度相同、沉降速度相等的圆球直径,空气动力学直径da在空气中与颗粒沉降速度相等的单位密度（1 g/cm3）的圆球 的直径dv=5.0 m,p=4 g/cm3,VTS=2.2 mm/s,ds=4.3 m,p,=4 g/cm3,VTS=2.2 mm/s,da=8.6 mp=1 g/c

4、m3VTS=2.2 mm/s,三、粒径分布-PSD,定义：粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积）所占的比例。个数分布：每一粒径区间内的颗粒数量或浓度的频数或频率 质量分布：每一粒径区间内的颗粒质量或质量浓度的频数或频率 表面积分布：每一粒径区间内的颗粒表面积或表面积浓度的频数或频率,(1)个数频率 f：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数ni之比,个 数 分 布,个数分布,(2)个数筛下累积频率(F)：小于第i个间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比,筛上累积频率(R)：是指大于某一粒径dp的所有颗粒个数与颗粒总个数之比,fab=Fa-Fb,(2)个数筛下累积频率：小于第i个

5、间隔上限粒径的所有颗粒个数与颗粒总个数之比,个数分布,(3)个数频率密度(p):单位粒径间隔时的频率，简称个数频度.,pi=fi/dp,粒数分布的测定及计算,pi=fi/dp,三、粒径分布,筛下累积频率F：,小于第i个间隔上限粒径的所有 颗粒个数与颗粒总个数之比,粒数频率密度(频度)p:单位粒径间隔的个数频率,p,p,p,total,total,dd,N,N,p d N,d,dN,粒径dp，m,筛下累积频率F1,粒径dp，m,频度p,m-1,0,p ddp 1,众径dd,中位粒径d50累计频率F=0.5时对应的粒径，也叫中位径或中值粒径，NMD,意义：直径大于d50的粉尘颗粒数与直径小于d50

6、的粉尘颗粒数目相等d50常用来表示粉体的平均粒径,众径dd 频度 p最大时对应的粒径，此时：,质量分布类似于个数分布，质量分布也有质量频率、质量筛下累积频率、质量频率密度等质量频率(g)：粒径dp至（dp+dp）之间的粉尘质量占粉尘试样总质量的百分数。质量筛下累积频率(G)：将小于某一粒径间隔上限的所有粒子质量占粉尘试样总质量的百分数。质量频率密度(q)：单位粒径间隔时的质量频率质量中位直径：G0.5对应的粒径，MMD,质量分布假定：所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径立方成正比粒数分布与质量分布可以相互换算,三、粒径分布,个数累积频率分布与质量累积频率分布的比较,个数频度与质量频度的比较,个

7、数,个数,质量质量,粒径dp，m,粒径dp，m,频度p或q，m-1,累积频率F或G,平均粒径,(1)长度平均直径(算术平均直径)：粉尘第i个直径di与其个数ni乘积的总和除以颗粒总个数,(2)表面积平均直径：粉尘表面积总和除以粉尘颗粒数，再取其平方根,(3)体积平均直径：各种粒径体积的总和除以颗粒总数，再开立方,平均粒径（续）,(4)几何平均直径,设粒径为d1、d2、dN的粉尘的颗粒数分别为n1、n2、nN,几何平均直径dg实质上是lndp的算术平均值。,粒径分布函数,正态分布,频率密度,累积频率,标准差,p,1,exp,2,d,d,p(d),pp22,2,2,p,p,0,1,exp,dp,d

8、,d,F(d),dd,pp22,2,2,1/2,N 1,ni dpi dp,p(dp),dp,dp2,dp3,dp,dp+,dp+2,dp+3,累积频率F的曲线在正态概率坐标纸上 为一条直线，斜率取决于标准差,筛下累计频率F,%,粒径dp,m,N(dp,),粒径分布函数,正态分布是最简单的分布函数（1）（2）累计频率曲线在正态概率坐标纸上为一条直线，其斜率取决于（3）,正态分布的累积频率分布曲线,正态分布函数很少用于描述颗粒的粒径分布，因为大多数颗粒的频度曲线会发生偏移,4.粒径分布函数:用一些半经验函数描述颗粒的粒径分布,正态分布频率密度筛下累积频率标准差,(1),(2),(3),粒径分布函

9、数,对数正态分布以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线,频率密度,累积频率,标准差,dg 几何平均粒径，描述颗粒物的平均大小；g 几何标准差，描述颗粒物关于 dg 的分散性,p,p,1,2,exp,pg,dF d,ln d/d,p(d),ddp,2 lng,p,2 lng2,g,p,exp,1,ln d,ln dp/d,F(dp),dln d,2 lng,2 lng,1/2,2,g,ln=,N 1,ni ln dpi/dg,1,100,0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,10粒径dp，m,F/lndp,dg=d50,对数正态分布的频数密度分布曲线,粒径分布函数,对数正态分布(1)dp以

10、lndp代替，平均粒径用lndp的算术平均直径(几何平均直径)代替，得到的对数正态分布的频度曲线,(1),(2),(3),:几何标准差,dg:几何平均直径,粒径分布函数,（2）对数正态分布的累积频率分布曲线,对数概率坐标纸,粒径分布函数,对数正态分布（续）几何标准差的求取,几何标准差为两个粒径之比,粒径分布函数,对数正态分布（续）(4)性质 符合对数正态分布的粉尘，频度分布曲线为对称性钟形曲线 符合对数正态分布的粉尘，累积频率分布曲线在对数概率坐标中为一直线。如果某种粉尘的粒径分布符合对数正态分布，则以颗粒的个数或颗粒质量或颗粒表面积表示的粒径分布，皆符合对数正态分布，并具有相同的几何标准差。

11、因此，它们的累计频率分布曲线在对数概率坐标上为互相平行的直线，即几何标准差相等。,5.2 颗粒物的形貌特征,一、表征颗粒形貌的参数,圆柱体 s2.62(l/d)2/3/(1+2l/d),圆球度、形貌因子、分形维数圆球度：与颗粒体积相等的圆球的表面积与颗粒的表面积之比s（s1）几种典型颗粒的圆球度 正立方体 s0.806,一、表征颗粒形貌的参数,Df 1.8,Df 2.4,D 3,M.Kahnert,2011,形貌因子：相同速度下，颗粒物所受阻力与等体积的球形颗粒物所受阻力之比。分形维数：表征颗粒物团簇中所含单个超细颗粒物数目随 粒径变化关系的参数。,二、形貌特征的分析方法,主要测量方法 显微镜

12、法：直接观测亚微米级以上 颗粒物的形貌扫描电子显微镜（SEM）透射电子显微镜（TEM）原子力显微镜（AFM）,图片来源：http:/,透射电子显微镜JEM-2100,三、颗粒物的显微结构,链状颗粒物,（a）新释放的、呈链状的典型碳粒聚集体；（b）老化的碳粒聚集体，基本上仍呈链状；（c）团聚的碳粒聚集体；（d）老化的碳粒聚集体,三、颗粒物的显微结构,球形颗粒物,（a）典型的圆球形、表面光滑的飞灰；（b）表面光滑的飞灰，上黏附有一个粒度很小的颗粒物；（c）粒度较大的飞灰附近黏附一个较小的燃煤飞灰；（d）表面覆盖一层盐类成分的燃煤飞灰，两个圆圈之间的为盐类组分。,三、颗粒物的显微结构,似圆状颗粒物,

13、（a）似圆状粒子，表面稍显粗糙；（b）似圆状粒子，具有一定的长方形特征；（c）似圆状粒子；（d）图c中的粒子由于电子的轰击，部分物质已经挥发，挥发物质为碳质。,三、颗粒物的显微结构,长条状颗粒物,（a）、（b）和（d）为不同地区大气颗粒物中的长条状粒子；（c）电子轰击后的长条状粒子。,三、颗粒物的显微结构,局部规则颗粒物,（a）局部具似圆状形态的粒子；,（b）局部具长条状或立方体状形态的粒子。,三、颗粒物的显微结构,立方体颗粒物,(a)近似立方体；,(b)立方体形状。,三、颗粒物的显微结构,不规则状粗颗粒物,（a）典型的矿物粒子；（b）表面发生反应而残留结晶物的矿物粒子；（c）粒度相对较小的矿

14、物粒子；（d）生物碎屑。,三、颗粒物的显微结构,生物气溶胶,（a）（h）不同种类生物气溶胶的显微形貌,四、颗粒物形貌分析的应用,单颗粒类型,化学组成特征,可能的来源,形貌特征,化学 组分,来源,比表面积,形成与老 化机理,光学特性,链状颗粒,主要为C和H,机动车尾气、燃煤、生物质燃烧,球形颗粒,通常为Si和Al,燃煤,长条状颗粒,通常为S、K、Ca,大气反应（二次颗粒物）,似圆状颗粒,盐类和有机物,云中过程（二次颗粒物）,局部规则细颗粒,盐类为主,大气反应（二次颗粒物）,立方体颗粒,海盐,海洋,不规则粗颗粒物,通常为Si、Al、Ca、Fe等,风起扬尘、建筑扬尘等,生物颗粒,以C和O为主,生物释

15、放,5.3 颗粒物的化学组成与光学特性,一、颗粒物的化学组成,OC：有机碳，主要包括脂肪族化合物、芳香族化合物、有机酸等有机物。EC：元素碳，主要是含碳燃料在缺氧条件下的不完全燃烧过程中由碳氢化合物 的热解而生成的产物。,有机物50.05%,K 9.94%EC7.65%,NH43.69%,2-,NO3,-,0.24%SO4 1.54%+,13.77%,0.03%地壳元素 0.88%,未知组分,12.21%Cl-,源排放细颗粒物的化学组成小麦秸秆露天焚烧微量元素,OC 2.30%,K,0.80%EC1.10%,NH4,+,8.20%,SO4,2-,45.00%,NO3,-,0.90%,Cl,-,

16、1.30%,Al,8.10%,Ca 19.60%,其他元素12.70%,燃煤电厂排放,一、颗粒物的化学组成,SO42-、NO3-、NH4+：合称为二次无机气溶胶(SNA)，主要来自于气粒转化。,数据来源：北京市环保局 http:/,北京市2012-2013年度PM2.5主要成分质量百分比,有机物26%,EC 3%,NH+,411%,NO-,317%,地壳物质12%,SO 2-,416%,微量元素5%,其他10%,化学组分的粒径分布：某一粒径下颗粒物总体的化学组成。,一、颗粒物的化学组成,图片来源:Wall et al,1988.,空气动力学当量直径Dae,微米,NH,4,SO,24,NO,3,

17、Na+,H,Cl,一、颗粒物的化学组成,化学分析,数据分析,提取,4,2,SO=8.4 g m-3,化学分析,数据分析,进样装置,SO,2 4,时间,泵,样品采集,离线采样和在线分析,几种常用的在线分析仪器：气溶胶质谱仪（AMS）气溶胶飞行时间质谱仪（ATOFMS）气溶胶化学组分在线监测仪（ACSM）,离线采样,在线分析,图片来源:Seinfeld ACP book,散射：颗粒物使入射光方向改变，但没有能量损失。,吸收：颗粒物吸收入射光线的能量，转化为内能。,二、颗粒物的光学特性,入射光,热辐射,折射,衍射,荧光,拉曼,反射,入射辐射和单个颗粒相互作用的机理示意图,二、颗粒物的光学特性,散射项

18、,吸收项,I I0e,ext z,消光系数 折射系数：m m ma i,吸光度,图片来源:Hinds,Aerosol Technology book,消光：颗粒物通过散射和吸收作用使光的强度降低的作用。消光系数：,m 1.12,m 1.2m 1.3m 1.12 0.0472i,消光系数,d p,二、颗粒物的光学特性,图片来源：IPCC Fifth Report(AR5).,化石燃料和生物质,生物质燃烧,黑炭,有机碳,矿物粉尘,0.640.40;0.20;0.04,-0.29-0.09;-0.20,-0.10,气溶胶成云作用-0.45,-0.5,0.0,影响消光系数的因素：粒径、化学组分、混合状

19、态、形貌特征等。不同化学组分颗粒物对辐射强迫的贡献,0.51.0辐射强迫，W/m2,5.4 粉尘的物理性质,一、粉尘的密度,定义：单位体积颗粒的质量，kg/m3或g/cm3真密度 p 颗粒体积不包括颗粒内部和之间的缝隙堆积密度b 用堆积体积计算空隙率粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比,b(1)p,v,v,v,v v v v,v,v,v,v v,v v,v,二、粉尘的安息角与滑动角,安息角与滑动角是评价颗粒物流动特性的重要指标安息角：颗粒从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥 体母线与地面的夹角滑动角：自然堆积在光滑平板上的颗粒随平板做倾 斜运动时颗粒开始发生滑动的平板倾角影响因素：颗粒粒径、

20、含水率、颗粒形状、表面光 滑程度、颗粒黏性,三、粉尘的比表面积,以单位体积（或质量）颗粒所具有的表面积,以质量表示的比表面积,以堆积体积表示的比表面积,V,6,(cm2/cm3),S S,V,dSV,四、粉尘的含水率,颗粒物从周围空气中吸收水分的能力,含水率,水分质量与颗粒物总质量之比,颗粒中的水分,自由水分,结合水分,吸湿性,平衡含水率,含水率,影响,导电性粘附性流动性,气体的每一相对湿度所对应颗粒物的含水率,包含在凹坑和细孔中,颗粒内部,五、粉尘的润湿性,定义：粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质影响因素：颗粒的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及

21、荷电性；液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式压力、温度 润湿性,润湿速度：,20,20,L20,(mm/min),v,润湿性是选择湿式除尘器的主要依据按润湿性对粉尘分类,六、粉尘的荷电性和导电性,粉尘的荷电性荷电因素：电离辐射、高压放电、离子或电子捕获、摩擦天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷干空气中粉尘最大荷电量约为1.661010电子/cm2天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10温度、表面积、含水率 荷电量，与化学组成有关,粉尘的导电性比电阻,比电阻对电除尘器运行有很大影响，适宜范围1041010 cm,导电机制：体积比电阻（200oC以上）：颗粒本体内部的电子

22、和离子表面积比电阻（100oC以下）：颗粒表面吸附的水分或其他化学物质,六、粉尘的荷电性和导电性,(cm),V,d,j,体积比电阻,表面积 比电阻,同时作用,1014,1013,1012,1011,1010,109,温度，39 60 84 111 144 181 227 282 352 442 560,V通过粉尘层的电压；j 粉尘层的电流密度，A/cm2 粉尘层厚度，cm。比电阻 d，cm,中间温度，同时起作用,粉尘的导电性比电阻,比电阻对电除尘器运行有很大影响，适宜范围1041010 cm,导电机制：体积比电阻（200oC以上）：颗粒本体内部的电子和离子表面积比电阻（100oC以下）：颗粒表

23、面吸附的水分或其他化学物质,六、粉尘的荷电性和导电性,(cm),V,d,j,V通过粉尘层的电压；j 粉尘层的电流密度，A/cm2 粉尘层厚度，cm。比电阻 d，cm,中间温度，同时起作用,化学组分、气体组成的影响,七、粉尘的黏附性,黏附和自黏现象：颗粒附着在固体表面上或颗粒相互附着,断裂强度：表征粉尘自黏性的指标，等于粉尘断裂所需的力除以其断裂的接触面积分类：不黏性、微黏性、中等黏性、强黏性影响因素：粒径、形状、表面粗糙度、润湿性、荷电量均影响黏附性,断裂强度/Pa,60,60300,粉尘举例,干矿渣粉、石英粉（干砂）、干黏土,含有未燃烧完全产物 的飞灰、焦粉、干镁 粉、页岩灰、干滑石 粉、高

24、炉灰、炉料粉,湿镁粉、金属粉、黄铁矿粉、氧化 铝、氧化锌、氧化锡、干水泥、炭 黑、干牛奶粉、面粉、锯末,300600600完全燃尽得飞灰、泥煤粉、泥煤灰、潮湿空气中的水泥、石膏,粉、雪花石膏粉、熟料灰、含盐的钠、纤维尘（石棉、棉纤维、毛纤维）,黏附力：克服附着现象所需要的力分子力,黏附力毛细力静电力,八、粉尘的自燃性与爆炸性,粉尘的自燃性自燃：存放过程中自然发热,热量积累,达到燃点,燃烧,粉尘结构和组成：容易发生氧化、分解、聚合、发酵反应的 粉尘，以及自然温度低的粉尘，易自燃；粒径、浓度、比表面积 容易自燃；存在状态和环境：悬浮状态比堆积状态自燃温度高、环境温 度低、通风良好，就不易自燃。,八

25、、粉尘的自燃性与爆炸性,粉尘发生爆炸必备的条件可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度最低可燃物浓度爆炸浓度下限最高可燃物浓度爆炸浓度上限存在能量足够的火源部分粉尘的爆炸浓度下限和起火点,5.5 净化装置的性能,净化装置的性能,技术指标处理气体流量净化效率压力损失经济指标设备费运行费占地面积,一、处理气体流量,平均处理气体流量:,N1N,2N,N,m3/s,2,Q 1(Q Q),%,Q1N,漏风率:=Q1N Q2N 100%,二、压力损失,压力损失与通风机的功耗成正比,定义：进口和出口气流全压之差，代表净化装置能耗大小与净化装置进口气流的动压成正比 几种旋风除尘器的局部阻力系数值,三、

26、净化效率,总净化效率:,通过率:,分级除尘效率:除尘装置对某一粒径dpi或粒径间隔dp内粉尘的除尘效率,分割粒径:50除尘效率对应的粒径,三、净化效率,分级效率与总效率的关系由总效率求分级效率,三、净化效率,i,1,i,3,S3 g3i,S2 g2i+S3 g3i,g3i,+P g2i,S3i S3 g3i g3i S3i,i,2,S1iS1g1ig1i,1 S2i,S1iS1g1ig1iS1i 1 S2 g2i,1 P g2i,旋风除尘器分级效率计算实例（总除尘效率=90.8%）,由分级效率求总效率,由粒径分布和分级效率计算总效率,分级效率与总效率的关系,g3i i g1i,i,i g1i,

27、1,0,0,i 1,i1P,dG,g dd,三、净化效率,三、净化效率,多级串联运行时的总净化效率总分级通过率：PiT Pi1Pi2 Pin总分级除尘效率:iT=1 PiT 1 1i1 1i2 1in 总除尘效率：T=1 11 12 1n,5.6 流体阻力和颗粒的沉降,颗粒物捕集原理,除尘基本原理：对颗粒施加外力，使颗粒相对气流产生一定位移，并从气流中分离。颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒之间相互作 用力。外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等。颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略。,一、流体阻力,形状阻力：由于颗粒具有一定的形状，运动时必须排开其周围的

28、流体，导致的前后压力差。摩擦阻力：颗粒与其周围流体之间产生摩擦而受到的阻力。阻力方向：总是和速度方向相反。阻力大小：取决于颗粒的形状、粒径、表面特性、运动速度及流体的种类和性质。,阻力大小：,CD阻力系数，无因次；Ap颗粒在运动方向的投影面积，m2；流体密度，kg/m3；u 颗粒与流体的相对运动速度，m/s；流体粘度(Pas)；dp 颗粒粒径,一、流体阻力,颗粒物的雷诺数,一、流体阻力,Rep1，CD 与Rep成直线关系：,层流区(Stokes区）,刚性小球不可压缩，无滑移流场无限大,湍流过渡区(Allen区),一、流体阻力,p,1Re 500，C,D,p,与Re 成曲线关系：,0.61.40

29、.41.4,p,FD 2.315 du,湍流区(Newton区),一、流体阻力,22,P,D,d u,F 0.055,p,500Re 2105，C,D,p,不受Re 影响：,CD 0.44,坎宁汉系数与气体的温度、压力和颗粒的大小有关。293 K、101325 Pa 时，C10.165/dp,坎宁汉修正：,Stokes定律的适用性颗粒粒径太小时：颗粒尺寸与气体分子平均 自由程接近时，颗粒发生滑动,温度小于80度101325 Pa 时,一、流体阻力,例题54,先求雷诺数Rep，然后选公式,当颗粒的粒径dp 1m时，对上述公式进行坎宁汉修正（C）,二、阻力导致的减速运动,若仅考虑Stokes区域：

30、,3,2,2,4,2,3,pDD,D,p,p,根据牛顿第二定律：dp,dt,du,u2,C4,dt,dp,u,du F C,d,6即,0,积分得：u,u e,t/,),t/,速度由u0减速到u所迁移的距离：x(u0 u)u0(1 e,驰豫时间,若引入坎宁汉修正系数C：x 停止距离：x u0C,p,u,du18,u dtd 2,pp,d 2,18(m/s),三、阻力作用下的匀速运动,重力沉降,Stokes颗粒的重力沉降末端速度：,湍流过渡区：,牛顿区：,p,D,p,6,d 3,力平衡关系：F,FG FB,()g,FB+FD,F,G,us,重力沉降,Stokes直径,空气动力学直径,s,p,18u

31、s,gC,d,1000gC,18us,da,F,B,颗粒物粒径，m,重力沉降末端速度,m/s,0.0016.910-90.017.010-8,0.18.810-7,13.510-5,100.0031,1000.25,三、阻力作用下的匀速运动,离心沉降力平衡关系,Stokes颗粒的末端沉降速度,三、阻力作用下的匀速运动,流体阻力,离心力FC,ut,静电沉降力平衡关系FD FE qE静电沉降的末端速度一般称为驱进速度，对于Stokes粒子：,三、阻力作用下的匀速运动,5.7 惯性沉降、机械拦截和扩散,一、惯性沉降,含尘气流通过一静止或者缓慢移动的捕集体，气流发生绕流运动。,一、惯性沉降,颗粒物1粒

32、径较小，能随气流一起绕过捕集体。,11,颗粒物2距离停滞流线较远，也能顺利绕过捕集体。,一、惯性沉降,1,2,2,颗粒物3粒径较大，距停滞线较近，因为惯性将保持原来的运动 方向，与捕集体发生碰撞，继而被捕集，这种作用称为惯性碰撞。,一、惯性沉降,1,233,气流速度在捕集体周围的分布，用ReD衡量,Re,D,u0 Dc,p,p颗粒对捕集体的附着，通常假定为100,xs停止距离；C坎宁汉滑移系数；弛豫时间；d颗粒物粒径；颗粒物密度。,u0 未被扰动的上游气流相对于捕集体的流速；气体密度；颗粒运动轨迹，用Stokes数描述,Dc 捕集体的尺寸；气体动力粘度。,一、惯性沉降,惯性碰撞分级效率与St的

33、关系,pp0,d 2 u C,18 Dc,St,一、惯性沉降,9998959080604020105210.10.10.20.4 0.6 0.8,2,4,68 10,St,1,2,6,3A3B3C4 5,惯 性 碰 撞 分 级 效 率，,%,D,C.Re=0.2;,1.向圆板喷射2.向矩形板喷射3.圆柱体A.ReD=150;B.ReD=10;4.球体；,5.半矩形体；6.聚焦,1,2,3,二、机械拦截,4,颗粒物4虽然能随气流做绕流运动，避开捕集体，但表面与捕集体接触时，仍能被捕集体拦截而附着，这种作用称为机械拦截。,机械拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内,对于惯性大的颗粒,对于惯性小的颗

34、粒,Dc,拦截效率用直接拦截比R表示 R dp,2,圆球：D1 2R R 2R,圆柱：DI R,dp 颗粒物粒径；,D捕集体的尺寸；,cDI,机械拦截效率。,二、机械拦截,1,DI 1+R,2R R 0.1,1 R,圆柱体势流,DI,1,1+R2,3R R 0.1,1 R,球体势流,2,DI,+,13R2,21+R2,31 R2,1+R,R 0.1,球体粘性流,DI,D,D,R2,1,R 2 R,ln 1+R,R 0.07,Re 1,1+R,2.002 Re,21 R,2.002 Re,D,圆柱体粘性流,1,2,4,三、扩散沉降,颗粒物5虽然能随气流做绕流运动，避开捕集体，但由于无规则的扩散运

35、动，在靠近捕集体时刚好与捕集体 接触，也会被捕集体捕集，这种作用称为扩散沉降。,35,5,扩散系数和均方根位移布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大颗粒的扩散类似于气体分子的扩散,对于粒径大于气体分子平均自由程的颗粒,对于粒径小于气体平均自由程的颗粒,222,n D(n n n),t,x2y2z2,(m2/s),CkT,D,3d p,(m2/s),p,4kT8RT,D,3d,2 P,M,颗粒的均方根位移（时间t秒钟）x 2Dt,k波尔兹曼常数，1.3810-23 J/K；T开氏温度；气体动力粘度；dp颗粒物粒径；R理想气体常数 8.314 Jmol-1K-1；M气体平均相对分子质量。,D 颗粒物的扩散系数,三、扩散沉降,扩散沉降效率取决于佩克莱数Pe和雷诺数Re单个圆柱体的效率：,粘性流,势流,Pe u0 Dc,D,)1/3,1.71Pe2/3,(2 ln Re,D,BD,3.19,Pe1/2,BD,1/8Pe5/8,8 2.23Re Pe,BD,D,孤立球形捕集体：,从理论上讲，BD 1是可能的,表征惯性力产生的颗粒位移 与扩散产生的颗粒位移之比,u0 未被扰动的上游气流相对于捕集体的流速；Dc 捕集体的尺寸；D 颗粒物的扩散系数。,三、扩散沉降,