大气污染控制工程课件：5 颗粒污染物控制技术基础-20140326-558803342.ppt

1、第五章第五章 颗粒污染物控制技术基础颗粒污染物控制技术基础本章主要内容本章主要内容粉尘的粒径及粒径分布粉尘的粒径及粒径分布粉尘的物理性质粉尘的物理性质净化装置的性能净化装置的性能颗粒捕集理论基础颗粒捕集理论基础2三、净化装置的性能三、净化装置的性能评价净化装置性能的指标评价净化装置性能的指标技术指标技术指标 处理气体流量处理气体流量 净化效率净化效率 压力损失压力损失经济指标经济指标 设备费设备费 运行费运行费 占地面积占地面积31 1、净化装置的技术性能、净化装置的技术性能 处理气体流量处理气体流量 漏风率漏风率 压力损失压力损失(12kPa)132N1() (m/s)2NNNQQQ21 (

2、Pa)2vP(%)%100N1N2N1QQQ压力损失增大意味着什么？压力损失增大意味着什么？三、净化装置的性能三、净化装置的性能42 2、净化效率、净化效率 总净化效率总净化效率 通过率通过率 分级除尘效率分级除尘效率:除尘装置对某一粒除尘装置对某一粒径径dpi或粒径间隔或粒径间隔dp内粉尘的除内粉尘的除尘效率尘效率 分割粒径分割粒径:除尘效率为除尘效率为50的粒径的粒径2221111NNNNQSPSQ iiiiiSSSS12131三、净化装置的性能三、净化装置的性能5N1N1N2N2121311QQSSSS 分级效率与总效率的关系分级效率与总效率的关系 由总效率求分级效率由总效率求分级效率旋

3、风除尘器分级效率计算实例（总除尘效率旋风除尘器分级效率计算实例（总除尘效率 =90.8%）三、净化装置的性能三、净化装置的性能62 2、净化效率、净化效率粒径间隔粒径间隔/m质量频率质量频率/%分级效率分级效率 进口进口g1i出口出口g2i捕集捕集g3i按式按式(5-51) 按式按式(5-52) 按式按式(5-53) 三式平均三式平均055101020204040606010.414.019.622.414.019.681.615.02.41.0003.212.820.023.214.826.028.083.192.894.296.010027.590.098.799.510010027.98

4、9.898.999.610010027.887.696.897.898.7100 分级效率与总效率的关系分级效率与总效率的关系 由分级效率求总效率由分级效率求总效率由粒径分布和分级效率计算总效率由粒径分布和分级效率计算总效率三、净化装置的性能三、净化装置的性能72 2、净化效率、净化效率粒径间隔粒径间隔dP / m05.85.88.28.211.711.716.516.522.622.633334747进口质量频率进口质量频率g1i / %314781319108分级效率分级效率i / %618593969899100100总效率总效率/ %i gli18.93.46.57.712.718.8

5、10.08.0=i gli86.0iiigg13iiig1P10110ddqdGii 多级串联的总净化效率多级串联的总净化效率 总分级通过率总分级通过率 总分级除尘效率总分级除尘效率 总除尘效率总除尘效率12iTiiinPP PP1211 (1)(1)(1)iTiTiiinP 121 (1)(1)(1)Tn 三、净化装置的性能三、净化装置的性能82 2、净化效率、净化效率本章主要内容本章主要内容粉尘的粒径及粒径分布粉尘的粒径及粒径分布粉尘的物理性质粉尘的物理性质净化装置的性能净化装置的性能颗粒捕集理论基础颗粒捕集理论基础9四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础 除尘的基本原理：除尘的基本

6、原理：对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一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、颗颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力粒间相互作用力外力：外力：重力、离心力、惯性力、静电力重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等、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颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略101 1、流体阻力、流体阻力形状阻力：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流体由于颗粒具有一定的形状，运动时必须排开其周围的流体，导致其前面的

7、压力较后面大。，导致其前面的压力较后面大。摩擦阻力：摩擦阻力：颗粒与其周围流体之间产生摩擦而受到的阻力。颗粒与其周围流体之间产生摩擦而受到的阻力。阻力方向：阻力方向：总是和速度向量方向相反。总是和速度向量方向相反。阻力大小：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。种类和性质。四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础11 阻力大小：阻力大小： 21 (N)2(Re ) ReDDppDppFC AuduCfCD阻力系数，无因次；阻力系数，无因次；Ap颗粒在运动方向的投影面积，颗粒在运动方向的投影面积，m2； 流体

8、密度，流体密度，kg/m3；u 颗粒与流体的相对运动速度，颗粒与流体的相对运动速度，m/s； 流体粘度流体粘度(Pas)；dp 颗粒粒径颗粒粒径四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1 1、流体阻力、流体阻力12四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1、流体阻力、流体阻力 层流区层流区(Stokes区）区区）区13四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1、流体阻力、流体阻力 湍流过渡区湍流过渡区(Allen区区)14CD 0.4422PD055. 0udF四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1、流体阻力、流体阻力 湍流区湍流区(Newton区区)15四、颗粒捕集的理论

9、基础四、颗粒捕集的理论基础1 1、流体阻力、流体阻力Stokes定律的适用性定律的适用性 相对密度为相对密度为2的球形颗粒在的球形颗粒在标准状态空气中的末端沉降标准状态空气中的末端沉降速度速度16 颗粒粒径太小时：颗粒粒径太小时：颗粒尺寸与气体分颗粒尺寸与气体分子平均自由程接近时，颗粒发生滑动子平均自由程接近时，颗粒发生滑动 坎宁汉修正坎宁汉修正坎宁汉系数与气体的温度、压力和颗粒的大小有关，坎宁汉系数与气体的温度、压力和颗粒的大小有关，293K、101325 Pa 时，时，C10.165/dp四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1 1、流体阻力、流体阻力CudFpD3Kn.exp.Kn

10、C101400025711pd/Kn2v.4990MRTv8Stokes定律的适用性定律的适用性17温度小于温度小于80度、度、101325 Pa 时时四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础1 1、流体阻力、流体阻力公式公式允许误差允许误差1%10%Stokes定律定律16md30m1.6md70m坎宁汉系数修正的坎宁汉系数修正的Stokes定律定律0.36md30m0.1md70m Stokes定律适用的粒径范围定律适用的粒径范围 颗粒粒径太大时，如何修正颗粒粒径太大时，如何修正Stokes定律定律？Stokes定律的适用性定律的适用性182 2、阻力导致的减速运动、阻力导致的减速运动

11、 根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律 若仅考虑若仅考虑Stokes区域区域 积分得积分得 速度由速度由u0减速到减速到u所迁移的距离所迁移的距离 若引入坎宁汉修正系数若引入坎宁汉修正系数C 停止距离停止距离32226423 4pppDDDppddduuFCdtduuCdtd 即/0 (m/s)tuu e/00()(1)txuuue0 xu C驰豫时间驰豫时间或松弛时间或松弛时间 exp10CtCux四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础uuddtdu2p18182ppd193 3、重力沉降、重力沉降 力平衡关系力平衡关系 Stokes颗粒的重力沉降末端速度颗粒的重力沉降末端速度 湍流过渡区

12、湍流过渡区 牛顿区牛顿区 Stokes直径直径 空气动力学直径空气动力学直径218ppsdugCgC1.140.7140.7140.4280.2860.153()ppspdgu1/21.74() /sppudg18sspudgC181000saudgCFDFGFB dp36(p)g四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础FB20Stokes直径与空气直径与空气动力学直径的关系？动力学直径的关系？4 4、离心沉降、离心沉降 力平衡关系力平衡关系 Stokes颗粒的末端沉降速度颗粒的末端沉降速度236tDcppuFFdR22218 pptcctcduuCa CRuaR其中四、颗粒捕集的理论基础

13、四、颗粒捕集的理论基础21ut5 5、静电沉降、静电沉降 力平衡关系力平衡关系 静电沉降的末端速度习惯静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，对于上称为驱进速度，对于Stokes粒子：粒子：DEFFqE3pqECd四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础226 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础23四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程24四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程25四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6

14、 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程26四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降惯性沉降过程惯性沉降过程27惯性碰撞惯性碰撞 气流速度在靶周围的分布，用气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量衡量 颗粒运动轨迹，用颗粒运动轨迹，用Stokes准数描述准数描述 颗粒对捕集体的附着，通常假定为颗粒对捕集体的附着，通常假定为1000RecDuD靶子周围流体的雷诺数高靶子周围流体的雷诺数高低与惯性碰撞几率的关系？低与惯性碰撞几率的关系？Stokes准数大小与惯性碰撞准数大小与惯性碰撞几率的关系？几率的关系？四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉

15、降、惯性沉降28c0p2pc0cs18 DCudDCuDCxSt 惯性碰撞分级惯性碰撞分级效率与效率与 的的关系关系St四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降cppDCudSt1802惯性碰撞惯性碰撞29 机械拦截机械拦截机械拦截发生在颗粒距捕集体机械拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内的距离内拦截效率用直接拦截比拦截效率用直接拦截比R表示表示对于惯性大的颗粒对于惯性大的颗粒对于惯性小的颗粒对于惯性小的颗粒pcdRDRRR2221D圆球：圆柱：RDI四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础6 6、惯性沉降、惯性沉降307 7、扩散沉降、扩散沉降扩散系数和均

16、方根位移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大于气体分子平均自由程的颗粒 对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒 颗粒的均方根位移（时间颗粒的均方根位移（时间t秒钟）秒钟）222222()nnnnDtxyz2 (m /s)3pCkTDd2248 (m /s)3pkTRTDdPM2xDtk波尔兹曼常数，波尔兹曼常数，1.3810-23 J/K四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础3

17、1 标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础7 7、扩散沉降、扩散沉降32粒径粒径 dp /mxBM / mxG / mxBM / xG0.000370.010.11.010610-32.610-43.010-55.910-61.710-62.410-96.610-88.610-73.510-53.010-32.51063900350.175.710-4等于一个等于一个“空气分子空气分子”的直径的直径 扩散沉降效率扩散沉降效率 扩散沉降效率取决于皮克莱数扩散沉降效率取决于皮克莱数Pe和雷诺数和雷诺数Re 单

18、个圆柱体的效率：单个圆柱体的效率： 粘性流粘性流 势流势流 孤立球形捕集体孤立球形捕集体 从理论上讲，从理论上讲， 是可能的是可能的0cu DPeD2/31/31.71(2lnRe )BDDPe1/23.19BDPe1/85/882.23BDDRePePe1BD惯性力产生的颗粒惯性力产生的颗粒位移与布朗扩散产位移与布朗扩散产生的颗粒位移之比生的颗粒位移之比四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础7 7、扩散沉降、扩散沉降33惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较例例题题 试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径为

19、为0.00120m的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体为直径为直径100m的纤维，在的纤维，在293K和和101325Pa下的气流速度为下的气流速度为0.1 m/s。四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础7 7、扩散沉降、扩散沉降34惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较例例题题 试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径为为0.00120m的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体为直径为直径100m的纤维，在的纤维，在293K和和101

20、325Pa下的气流速度为下的气流速度为0.1 m/s。四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础7 7、扩散沉降、扩散沉降图图5-1635惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较例例题题 试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径为为0.00120m的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体为直径为直径100m的纤维，在的纤维，在293K和和101325Pa下的气流速度为下的气流速度为0.1 m/s。四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础7 7、扩散沉降、扩散沉降36dp / m

21、CStII / %0.0010.010.21102017.51.8251.1651.0161.008 3.5710-30.3081.2301050惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较例例题题 试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径为为0.00120m的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体为直径为直径100m的纤维，在的纤维，在293K和和101325Pa下的气流速度为下的气流速度为0.1 m/s。四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础7 7、扩散沉降、扩散沉降5-963

22、7惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较例例题题 试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径为为0.00120m的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体为直径为直径100m的纤维，在的纤维，在293K和和101325Pa下的气流速度为下的气流速度为0.1 m/s。扩散效率用方程（5-103）计算四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础7 7、扩散沉降、扩散沉降38惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较例例题题 试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集

23、粒径试比较靠惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散捕集粒径为为0.00120m的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体的单位密度球形颗粒的相对重要性。捕集体为直径为直径100m的纤维，在的纤维，在293K和和101325Pa下的气流速度为下的气流速度为0.1 m/s。四、颗粒捕集的理论基础四、颗粒捕集的理论基础7 7、扩散沉降、扩散沉降dp / mSt II / %R DI / % Pe BD / %0.0010.010.211020 3.5710-3 00.308 101.23 50 0.01 0.0040.1 0.40.2 1.71.28 1081.90102 3.864.52104 0.103.62

24、105 0.025 捕集效率最低的气体流速范围是多少？捕集效率最低的气体流速范围是多少？391.常用的颗粒物的平均粒径有那几种？给出每种方法的计算式。常用的颗粒物的平均粒径有那几种？给出每种方法的计算式。2.什么是颗粒物的众径？什么是中位径？什么是算术平均直径？对于什么是颗粒物的众径？什么是中位径？什么是算术平均直径？对于个数频率分布为正态分布的颗粒物，这三种直径有什么关系？对于个数频率分布为正态分布的颗粒物，这三种直径有什么关系？对于一般的对称分布呢？对于非对称分布呢？一般的对称分布呢？对于非对称分布呢？3.根据对数正态分布在对数概率坐标系下的累积频率分布曲线，如何根据对数正态分布在对数概率

25、坐标系下的累积频率分布曲线，如何确定其分布的两个特征参数？确定其分布的两个特征参数？4.粉尘密度有几种表示方法？分别用于什么方面？粉尘密度有几种表示方法？分别用于什么方面？5.粉尘的导电机制有哪两种？温度粉尘的导电机制有哪两种？温度和湿度和湿度对粉尘的比电阻有什么样的对粉尘的比电阻有什么样的影响？影响？6.总效率与分级除尘效率之间有什么关系？总通过率与分级通过率有总效率与分级除尘效率之间有什么关系？总通过率与分级通过率有什么关系？用公式表示。什么关系？用公式表示。7.什么是坎宁汉（什么是坎宁汉（Cunningham）修正系数？在什么情况下需要这种修）修正系数？在什么情况下需要这种修正？为什么？正？为什么？8.简述惯性碰撞、直接拦截和扩散沉降的机理；分析粒径对这三种沉简述惯性碰撞、直接拦截和扩散沉降的机理；分析粒径对这三种沉降效果的影响。降效果的影响。思考题思考题40