洁净技术讲稿6演示教学.ppt

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1、洁净技术讲稿66.2微粒的重力沉降微粒有质量就受到重力F1作用，占有体积就受到期周围介质的浮力F2，这两个力方向相反，在二力综合作用下微粒要移动，就受到与运动方向相反的周围介质给予的阻力F3，三个力的表达式分别为：重力N（1）浮力N（2）实为介质重量阻力等于微粒相对运动的速度头与垂直于运动方向微粒投影面积的乘积，还要乘以与介质间的阻力系数。阻力N（3）当三力达到平衡时，即F1-F2=F3，微粒等速沉降，这时用vs表示沉降速度，将各力的表达式代入平衡式，整理得m/s（6-4）这是一个普遍适用的公式，阻力系数取决于流态实际，由雷诺数太小决定的取值。当Re小于等于1时，对于球形微粒，空气

2、的阻力可写为：（5）即为斯托克斯公式，已出现过多次，与公式（3）描述同一过程，整理得（6-6）公式表明，阻力与微粒的速度的一次方成正比，公式是在Re很小情况下推出的，Re>1时正比关系不能成立，需修正。对于非球形微粒，阻力要大一些，体现在阻力系数上乘以大于1的修正系数，不同形状的见表6-2，在空气中的微粒，则m/s解出vs当kg/m3cm/s对于粒径小于1μm的粒子，其大小与气体分子的平均自由行程相接近（20℃时空气平均自由行程0.065μm），粒子表面气体分子稀薄。因而在粒子表面形成气体滑流，对粒子的阻力相对减少，即沉降速度加大。C为库宁汉修正系数（6-11）λ为空气分子的平均自

3、由行程。6.3微粒在惯性力作用下的运动惯性力作用下的运动是指微粒在外力的作用下获得初速度后外力立刻消失，微粒仅靠惯性维持运动，典型的例子。当微粒受外力作用以v0为初速作水平运动时，用牛顿定律表示为（6-12）F为外力，对于所讨论的惯性力情况F=0。F3空气阻力，对于小微粒，Re≤1可用斯托克斯公式，对1μm还要考虑滑动修正，C>1。代入F3整理得，令，则积分并求出速度，得：在时间t内，在惯性作用下粒子运动的距离当t=∞时，，为微粒运动的最大距离，但值很小，在气溶胶力学中称“张驰时间”，当dp=10μm，ρp=2000kg/m3时，在标准状态下τ仅为6.07×10-4v0秒，因而即使

4、初速v0很大，微粒飞行距离很短，特别是1μm以下的小粒子，仅为万分之几厘米到千分这几厘米，实际工程中的一次尘化作用不足以造成粉尘飞扬的道理是一致的。6.4微粒的扩散运动前面曾多次提到微粒的扩散运动是由于空气分子运动撞击微粒而引起微粒的运动，图6-3图示微粒作扩散运动的起因及运动情况，(a)空气分子作不规则的布朗运动，无规律可循；(b)气体分子撞击微粒，当各个方向撞击的力不平衡时将产生移动；(c)图微粒在一个时间段内，受气体分子撞击后移动的轨迹，撞击是随时的，方向不定。轨迹是连续的但无规律可循。前苏联学者付克斯在1960年出版的气溶胶力学一书中给出1秒钟内微粒在给定方向平均位移的绝对

5、距离计算式：D为微粒在空气中的扩散系数cm2/s，传热学中给出物理意义：沿扩散方向在单位时间内，每单位浓度降低的情况下通过单位面积扩散的物质量，其值与浓度无关，随温度高而升高，随压力加大而下降，温度压力一定，D为定值。如在标准大气压和0℃时，水蒸汽、SO2在空气中的扩散系数分别为0.22cm2/s和0.103cm2/s。而微粒的扩散系数却与粒径有关dp↓D↑，由图6-4可看出微粒的D很小，因而t=1s时，微粒由扩散而运动的距离也很小，在10-4cm量级。我们已了解到微粒靠重力沉降，其沉降速度很慢，如粒径1μm的微粒，vs=0.006cm/s，下落1m距离需4.6h，很不易沉降，而在

6、惯性力作用下和微粒的扩散运动，其运动的距离又是很小的。我们需要了解微粒是如何在表面上沉积的，与哪些因素有关。6.5微粒在表面上的沉积（1）微粒在无送风室内垂直表面上的扩散沉积在无送风室内并不意味着空气完全静止，实际上是有对流存在的，而在传热学中扩散除微观分子扩散外，还有涡流扩散。对于我们讨论的微粒扩散沉积问题，扩散作用也是包括两部分，即远离表面的对流扩散和离表面很近一层内的由分子扩散引起的微粒的扩散沉积，而惯性作用引起微粒的水平运动会在垂直表面引起的沉积，但在无送风室内其不存在，其在垂直表面引起的沉积不考虑。前苏联学者付克斯把两种扩散统一起来，解决了在微粒垂直表面上的沉积计算问题，

7、前提是已知微粒由分子扩散而产生的扩散系数D，而不是分子的扩散系数。对于在表面沉积问题，由于沉积而造成微粒浓度对时间的变化率和微粒的浓度成正比，适应于各种沉积作用。（6-18）整理后积分（6-19）由于室内无风，那么空气中微粒的浓度由于沉积作用是逐渐减少的，两个扩散作用看成两段，在紧靠垂直平面的一薄层约δ为20μm左右，为分子扩散层，由于分子扩散的作用使微粒沉积到平面上，使得薄层内微粒浓度下降，而对流扩散作用又使薄层内的浓度与室内趋于一致，而室内空气中微粒的浓度总体又是