坎宁汉修正

fi
ni
n
N
i
5
二、粒径分布
2、筛下累积频率：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
Fi
n n
N
i
i
i
6
二、粒径分布
3、频率密度：单位粒径间隔（即1μm）时的频率。
p(d p ) dF / dd p
pi=f i /Δdpi
7
fi
ni
n
N
n 表5-2 个数分布的测定及计算
t / (m/s) 积分得 u u0e t / x ( u u ) u (1 e ) 速度由u0减速到u所迁移的距离 0 0 t / C ) 若引入坎宁汉修正系数C x u0C (1 e 停止距离 x u C
s 0


35
三、重力沉降

2.筛分法

筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度 筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数

3.光散射法

等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径 斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相 同、沉降速度相等的球体直径 空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等 的单位密度（1g/cm3）的球体的直径


Rep 1 （层流）时
CD
24 Rep (N)
得到
Stokes公式：FD 3π d pu

1 Rep 500 湍流过渡区
CD
18.5 Rep 0.6

Rep 500 湍流区（牛顿区） FD 0.055π d p 2u 2
CD 0.44
31
流体阻力与雷诺数的函数关系

荷电量一般为最大荷电量的1/10 荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加， 且与化学组成有关
粉尘荷电后，将改变某些物理特性，如凝聚性、附着性、稳 定性，同时对人体也会产生危害。
21
六、粉尘的荷电性和导电性

粉尘的导电性

比电阻
d
V j
(Ω cm)
导电机制：

高温（200oC以上）—体积比电阻 低温（100oC以下）－表面比电阻 中间温度，同时起作用

4.沉降法


3
一、颗粒的粒径

圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表 面积之比Φs（ Φs<1）

正立方体Φs＝0.806
4
二、粒径分布

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
（一）个数分布:每一间隔内的颗粒个数
1、频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比
S2 2NQ2N P 1 S1 1NQ1N

通过率

分级除尘效率
S3i S2 i i 1 S1i S1i

串联的总除尘效率
T 1 (1 1 )(1 2 ) (1 n )
29
第四节 颗粒捕集的理论基础

除尘机理：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
影响：颗粒的捕集和含尘气体的输送 24
八、粉尘的自燃性和爆炸性

粉尘的自燃性

自燃
热量积累 达到燃点
存放过程中自然发热
燃烧

自然发热的原因－氧化热、分解热、聚合热、发
酵热
影响：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在状态和环境 25
粉尘的爆炸性

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

力平衡关系
Stokes区
FD FG - FB
d p 3
6
( p ) g

us
d p2 p 18
gC gC

湍流过渡区 us
0.153d p1.14 ( p )0.714 g 0.714
0.428 0.286

牛顿区
us 1.74[d p ( p ) g / ]1/ 2
36
例题5-5
37
四、离心沉降

力平衡关系
π 3 ut 2 FD FC d p p 6 R

Stokes颗粒的末端沉降速度
d p 2 p ut 2 uc C acC 18 R 其中 ut 2 ac＝ R
38
五、静电沉降

力平衡关系
FD FE qE


颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动——坎宁汉修正
32
一、流体阻力

颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动—— 坎宁汉修正
3π d pu C
FD
1.10 C 1 Kn[1.257 0.400exp( )] 其中努森数 Kn 2 / d p Kn 8RT (m) , v (m/s) πM 0.499 v
G 1 exp( d pn )

判断是否符合R－R分布

1 lg[ln( )] lg n lg d p 1 G
应为一条直线

R－R的适用范围较广，特别对破碎、研磨、筛分过程产生 的较细粉尘更为适用
分布指数n>1时，近似于对数正态分布；n>3时，更适合于 正态分布

15
第二节 粉尘的物理性质
13
四、粒径分布函数

2.对数正态分布


以lndp代替dp得到的正态分布的频度曲线
对数正态分布在对数概率坐标纸上为一直线，斜率决定于
g
d 84.1 d 50 d 84.1 1/ 2 g ( ) d 50 d15.9 d15.9
14
四、粒径分布函数

3、罗辛－拉姆勒分布（Rosin－Rammler） ：

最低可燃物浓度－爆炸下限 最高可燃物浓度－爆炸上限

存在能量足够的火源
影响：除尘方式的选择和操作条件的选取 26
第三节 净化装置的性能

评价净化装置性能的指标 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
27
一、净化装置技术性能的表示方法
i pi
或
N
)

对于频率密度分布曲线对称的分布，d d = d50 = d L 频率密度非对称的分布， d d d50 d L

例5-2 计算各种平均直径
12
四、粒径分布函数

用一些半经验函数描述一定种类粉尘的粒径分布
1、正态分布
d p d 50 d d
1 d84.1 d50 d50 d15.9 (d84.1 d15.9 ) 2
比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围104～1010 cm
22
六、粉尘的导电性和荷电性

典型温度－比电阻曲线
23
七、粉尘的粘附性

粘附和自粘现象 粘附力－克服附着现象所需要的力（分子力、毛细力、静电力）


断裂强度：粉尘层断裂所需的力除以其断裂的接触面积
粉尘分类：不粘性、微粘性、中等粘性、强粘性 粒径、润湿性、荷电量、形状、表面粗糙度均影响粘附性
2 xsC u0 C d p pu0C St Dc Dc 18 Dc

颗粒对捕集体的附着，通常假定为100％
41
2、拦截

直接拦截发生在颗粒距捕集体表面dp/2的距离内

拦截效率用直接拦截比R表示
R

在所有颗粒具有相同密度、颗粒质量与粒径 立方成正比的假设下，粒数分布与质量分布 可以相互换算

同样的，也有质量众径和质量中位径（MMD）
10
三、平均粒径

长度(算数）平均直径
dL
ni d pi ni
f i d pi

表面积平均直径
dS [
dV [
ni d pi 2 ni
静电沉降的末端速度习惯上称为驱进速度，用 表示， 对于Stokes粒子：
qE C 3π d p
39
六、惯性沉降

颗粒接近靶时的运动情况
40
1、惯性碰撞

惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素

气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量
ReD

u0 Dc

颗粒运动轨迹，用Stokes准数描述: 颗粒的停止距离与 捕集体直径之比
16
二、粉尘的安息角与滑动角

安息角：粉尘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粉尘随平板做倾斜运动 时粉尘开始发生滑动的平板倾角

安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形 状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性
评价粉尘流动特性的重要指标; 设计除尘器灰斗的锥度和除尘管路倾斜度的主要依据
ni
]1/ 2 (f i d pi 2 )1/ 2

体积平均直径
ni d pi 3
]1/ 3 (f i d pi 3 )1/ 3

体积－表面积平均直径
d SV
ni d pi 3 ni d pi
2

f i d pi 3 f i d pi 2
11
三、平均粒径

几何平均直径
d g (d1n1 d 2 n2 d 3n3 ...)1/ N dg n ln d exp(

处理气体流量
1 QN (Q1N Q2N ) 2 漏风率
Q1N Q2 N 100 Q1N
(m N 3/s)

(%)

压力损失
P
v12
2
(Pa)
28
二、总净化效率的表示方法

总效率
S3 2 N Q2 N S2 1 1 S1 S1 1N Q1N
33
例5-4 计算流体阻力
34
二、阻力导致的减速运动

根据牛顿第二定律
πd p u 2 du p FD CD 6 dt 4 2 du 3 u2 即 CD dt 4 p d p πd p3
2

若仅考虑Stokes区域 2 dP p du 18 u －驰豫时间或松弛时间 2 u 其中 ＝ dt d P p 18
一、粉尘的密度

单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3 真密度 p －粉尘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ε —粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总 体积之比
b (1 ) p
真密度用在研究尘粒在气体中的运动、分离和去除等方面； 堆积密度用在贮仓或灰斗的容积确定等方面。
第五章 颗粒污染物控制技术基础
一、粉尘的粒径及粒径分布 二、粉尘的物理性质 三、净化装置的性能 四、颗粒捕集理论基础
1
第一节 颗粒的粒径及粒径分布

一、颗粒的粒径

1.显微镜法
a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径

Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM
2
一、颗粒的粒径

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

外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力等 颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略
30
一、流体阻力

流体阻力＝形状阻力＋摩擦阻力
FD 1 CD Ap u 2 2 (N) Rep dp u
CD f ( Rep )
影响：尘粒的物理、化学活性以及通过颗粒层的流体阻力
18
四、粉尘的含水率

粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和
细孔中的自由水分以及颗粒内部的结合水分


含水率－水分质量与粉尘总质量之比
吸湿现象—粉尘从周围吸收水分的能力
影响：粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性 19
五、粉尘的润湿性

润湿性－粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的 难易程度

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粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降 L20 v (mm/min) 润湿速度－ 20 20
表5-7 粉尘对水的润湿性：绝对憎水、憎水、中等亲水、强亲水
影响：润湿性是选择湿式除尘器的主要依据 20
六、粉尘的荷电性和导电性

粉尘的荷电性

天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷 荷电因素－电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电 子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦过程中荷电
i
i
Fi
n
N
i
i
pi=f i /Δdpi
8
二、粒径分布

众径－频度p最大时对应的粒径，此时
dp d 2 F 0 2 dd p dd p

中位径（NMD）－累计频率F=0.5时对应的粒径
众径和中位径是常用的平均粒径之一
9
二、粒径分布
#2、质量分布

类似于数量分布，也有质量频率、质量筛下 累积频率、质量频率密度等
17
三、粉尘的比表面积

单位体积(净体积)粉尘所具有的表面积
SV S 6 (cm2 /cm3 ) V dSV

以质量表示的比表面积
Sm S 6 (cm2 /g) pV p dSV

以堆积体积表示的比表面积
Sb S (1 ) 6(1 ) (1 ) SV (cm2 /cm3 ) V dSV