空气动力学粒径在设计和选型惯性分离器中的重要作用

zhanghz

我初来这个论坛, 看了很多贴子, 也学了很多东西.
特发此贴一为了表示感谢,二为了拜一拜各位老把式的山头. 请多多关照.


在设计旋风分离器和文丘里湿式除尘器之前,测定气流中尘粒的空气动力学粒径(又称斯托克斯粒径)分布是非常重要的. 这两种分离设备都是依靠惯性原理来运行的.但空气动力学粒径分布也是最难获得的一种. 难点不光是从工艺或排放气流中获得样品, 还有你必须选择正确的粒径分析方法来保证最终的结果能够应用到设备的设计选型中.

在实践中,有几种确定尘粒粒径分布的方法. 这些方法中最多的都是测定尘粒的物理粒径, 因为它们测定的是最简单最直接的物理尺寸. 最普遍的一种是筛分(滤)法,这种方法用来测定大颗粒的粒径(通常粒径不小于44微米). 小颗粒的物理物理粒径测定常用的方法是微观检查和光学传感法.问题是尘粒的物理粒径不能帮助我们预见尘粒在惯性分离器中的空气动力学行为.我们知道在旋风分离器和文丘里湿式除尘器中, 尘粒因为离心力的作用从气流中分离出去. 惯性让运动的尘粒冲向分离器器壁而从气流中分离出去. 为了了解尘粒的空气动力学行为和预测它会在惯性分离器中有多容易被分离,尘粒的空气动力学粒径分布必须被测定. 这些数据加上要求的收集效率会帮助分离设备的设计选型和费用的估计.

任何一种测定尘粒的空气动力学粒径分布的仪器都依据相同的原理: 测定在气体或液体中受力的尘粒的运动速度. 为了得到准确的结果, 测定过程必须让尘粒有足够的时间达到恒定或稳定的速度. 这个时候作用在尘粒上的各种力达到了平衡. 这个速度就被称为斯托克斯自由沉降速度.

在决定尘粒的空气动力学行为上,尘粒的自由沉降速度比尘粒的其他物理参数更重要. 在旋风分离器和文丘里湿式除尘器中, 两个具有相同沉降速度的尘粒被收集的可能性是一样的, 即使它们有不同的形状, 尺寸, 密度,和化学成分, 比如一个10微米大的煤粉灰和一个花生仁棕色的包衣.
因为自由沉降速度是决定尘粒的空气动力学特性的主要指标. 空气动力学特性的差异决定了尘粒样品的自由沉降速度分布. 对一个给定的样品, 比如经过仪器分析,会发现有5%重量的尘粒的自由沉降速度小于30厘米/秒, 10%重量的小于150厘米/秒, 等等.
在工作中, 人们还不习惯用自由沉降速度去描述尘粒样品.但我们可以用斯托克斯定律算出对应于每个沉降速度的尘粒粒径,这就是斯托克斯当量(或等效)粒径,我们又称之为空气动力学粒径. 它就是一个均质的球形颗粒的直径, 这个颗粒具有和真实颗粒相同的密度和自由沉降速度. 在一定的雷诺数范围内, 斯托克斯定律可以表示为


Ut = G*d*d *(p-g)/(18µ)
Ut 是自由沉降速度(米/秒),
G是重力加速度(9.81米/秒方),
d是尘粒的斯托克斯当量(或等效)粒径(米),
p是尘粒密度(公斤/米立方),
g是气体密度(公斤/米立方),
µ是气体粘度(克/厘米-秒).

对于一个给定的尘粒,当它的自由沉降速度被测定后,利用上式可以很简单地算出它的当量粒径. 依此类推, 算出的所有粒径结果就是样品的空气动力学粒径分布. 下表给出了一个空气动力学粒径分布的例子.

表1: 岩石粉(比重2.3)样品的空气动力学粒径分布(重力(离心)沉降法)

斯托克斯当量粒径    (微米)	重量百分比(<%)
50	98.1
40	94.9
30	89.7
20	78.5
15	63.4
10	31.8
8	18.4
6	8.07
5	3.90
4	2.43
3	0.97

明白粒径分布表的真实意义也是非常重要的. 如表中31.8%对应的是所有小于10微米尘粒的重量比例. 但实际上表中数据的意义并不是这样. 数据的真实意义是:所有小于一个比重2.3的10微米当量直径的岩石粉粒的自由沉降速度的尘粒的重量总和为31.8%.

通常分离器供货商会提供设备的压降, 分级效率等性能参数, 但没有空气动力学粒径分布的数据就不能算出分离设备的总效率.

freesky_27

挺详细的说明，怎么没人顶啊！

cshezhi

谢谢楼主无私奉献！免费的好资料。