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捕尘机理与分析

作者:奥工喷雾来源:www.aoopo.com 浏览次数: 日期:2013年6月18日 16:53

 

 

喷雾除尘机的工作原理

 

1.1空气动力学原理

     根据空气动力学原理,含尘气流绕过雾滴时,尘粒由于惯性会从绕流的气流中偏离而与雾滴相撞被捕捉,即通过粉尘粒子与液滴的惯性碰撞、拦截以及凝聚、扩散等作用实现捕捉的,其被捕捉的几率与雾滴直径、粉尘受力情况有关。雾滴大时,尘粒仅仅是随绕流绕过雾滴而未被捕集.雾滴与尘粒粒径相近时,更容易与尘粒相撞而捕集到粉尘。超声波雾化正是应用这一原理产生10μmI以下与微细的粉尘粒径相近的雾滴来捕集粉尘。

 

1.2“云”物理学原理

       “云”物理学原理 (如图2一1),微细水雾喷向含尘空间时,能在很短时间内蒸发,使喷雾区水蒸气迅速饱和,过饱和水蒸气凝结在含尘区内悬浮的大量粉尘粒子上,此后就开始了凝聚和并合的微物理过程。这主要是由于水的相变和云滴形成所导致的温度、浓度变化,加之喷雾雾流引起的含尘空气运动,使携带着粉尘粒子的云滴和其它水雾粒子相互碰撞、凝并进而增重下沉,形成“雨”降落下来。另外由于水蒸气在呼吸性粉尘表面的凝结,不仅改善了粉尘的亲水性能,而且也增大了粉尘的体积与重量,这都对粉尘捕集起着促进作用.这种机理对抑制亚微米及微米级的粉尘特别有效。

1.2.1水的超声雾化

     超声波具有良好的方向性、反射性和穿透能力,能在气体、液体及固体媒介中传播,产生各种超声波效应,如机械效应、热效应、化学效应、声空化等。对水雾化起主要作用的有如下几种:

     ①机械效应。超声波在介质中传播引起质点振动,其位移、速度、声压、声强等力学量所引起的各种效应都称为机械效应,它能在液体内部产生很大的液压冲击,破坏液体分子间的作用力。

     ②热效应。超声波具有很高的能量,通过介质时会引起分子间剧烈摩擦及分子的强烈,将声能转变为热能,产生热效应,为分子之间作用力的破坏提供能量。

     ③声空化。向液体辐射超声波时,在一定声强作用下液体内部会产生大量小气泡,气泡随声压振动烈生长、合并直至破裂,称之为声空化现象.超声波在液体中传播时,在上述各种效应共同作用下,液体内部会出现大量孔隙,同时分子间作用力遭到破坏,使液体分散开来,实现水的雾化。水的超声雾化可以通过超声雾化喷头来实现,结果如图1所示;现代超声波雾化设备内部采用集成式超声波机芯,通过机芯高频震荡 (震荡频率为1.7MHz,超过人的听觉范围,对人体及动物绝无伤害),将水抛离水面而产生自然飘逸的水雾,不需要加热或化学剂而产生1一10μm水颗粒漂浮在空气中。

 

1.2.2捕集水雾的凝并沉降

     微细水雾捕集呼吸性粉尘,无论是液滴还是粉尘,粒径都很小。即使粉尘被水雾湿润后粒径、质量均增大,也不易从气流中分离出来,更何况还有一些未被湿润的粒子存在。若能通过某些作用让呼吸性粉尘、水雾粒以及含尘水雾颗粒之间相互接触而凝并成较大颗粒,就容易实现沉降分离。根据浮游物相互接触所需条件来看,凝并的发生可有多种途径,如声波凝聚、凝聚凝并、动力凝并与沉降等。

     ①声波凝聚。声场中,声波引起的振动会使粒径、密度等性质不同的粒子产生不同程度的振动,参与大振动的小粒子与小振幅振动的大粒子会相互碰撞而凝并。此外,在声幅射压作用下,粒子还会在声驻波波腹上沉降凝并。但声波凝聚在处理低浓度、含呼吸性粉尘的气体时,时间长、能耗大,且效率不高、为克服这一缺陷,首先用喷雾水对含尘气流进行处理,再利用声波凝聚。水雾的不断加入,不仅增加了气流中的粒子数量,而且较大粒径雾滴的加入,也降低了声波的最佳凝聚频率,使能耗大为节约。

     ②冷凝凝并。微细水雾捕尘机理表明,水蒸气冷凝要以悬浮粒子为核,且冷凝作用的发生还会造成捕尘空间中温度与浓度的不均匀变化,这都为粒子的沉降创造了条件。冷凝是一种多方面凝并机理并存的综合作用过程,主要包括水蒸气凝结、浓度梯度、温度梯度凝并。

     ③动力凝并与沉降。动力凝并是指依靠外力作用,使含尘区内各种粒子相互并和的过程。在含尘空间中喷射水雾,捕集尘粒,正是对这种动力凝并机理的应用。在这种情况下,水滴或是依靠惯性力,或是依靠自重力、扩散力等与含尘区内的粉尘粒子相互凝并。

 

1.3斯蒂芬流的输送机理

        斯蒂芬流的输送机理,在喷雾区内,液滴迅速蒸发时,必然会在液滴附近区域内产生蒸汽组分的浓度梯度,形成由液滴向外流动扩散的斯蒂芬流:同样,当蒸汽在某一核上凝结时,也会造成核周围蒸汽浓度的不断降低,形成由周围向凝结核运动的斯蒂芬流。因此,悬浮于喷雾区中的 “呼吸性粉尘”颗粒,必然会在斯蒂芬流的输送作用下运动,最后接触并粘附在凝结液滴上被湿润捕集。

 

2.2  粉尘粒子在 “尘一雾”二相流中的受力分析

    超声雾化除尘器中的运动为稀疏气固两相流动,忽略粉尘颗粒间的互相作用,则粒子在运行中受力有:黏性阻力Fd,粉尘粒子与雾滴间的静电力Fj,重量Fj,Magnus力Fm,Basset力Fb,压差力Fp,Saffman力F3,粒子附加质量力Fk,以及升力F1等。粉尘粒子运动过程中综合受以上各力作用,但是有的力对粒子运动影响很小,因此忽略一些较次要的受力。由于连续相的密度远远小于粉尘粒子密度 (密度比pc/pp的数量级为10^(-3)),与颗粒本身惯性相比压差力,附加质量力及Magnus力都比较小,计算时可忽略;另外由于Saffman力是比较小的侧向力,对于气固两相流计算时也可以忽略;在计算升力时,对于球形颗粒,升力为0,对于非球形颗粒单个颗粒虽然受到不为零的升力,但颗粒群中由于各个颗粒取向的随机性,这些力互相抵消,所以升力在计算过程中忽略;在研究中表明,固相在气相中流动 (两相密度比小于0.002)时完全可以忽略Basset力;由于粉尘和水雾是不荷电的,所以静电力为零。因此分析粉尘粒子在气相流场中受力时,可只考虑豁性阻力及粒子重量的作用,其他力可忽略不计。

 

 

 

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