文档介绍：过滤式除尘器
过滤可定义为借助于多孔介质将气溶胶粒子从气流中分离的过程。用纤维层(滤布、滤纸、金属绒、袋式除尘器等)、颗粒层(矿渣、石英砂、活性炭粒等)或液滴对气体进行净化都属于同样的过滤机理。过滤方法对微细粒子有较高的捕集效率,所以,其应用非常广泛,它是目前烟尘净化的主要方法之一。
过滤机理
气体中的粒子往往比过滤层中的空隙要小得多,因此通过筛滤效应收集粒子的作用是有限的。尘粒之所以能从气流中分离出来,主要是拦截、惯性碰撞和扩散效应。其次还有静电力、重力和热泳力作用等。如图1 1所示,分析过滤机理时,需知道绕捕集体流动的介质的流场。通常按两种情况考虑:黏性流和势流。在我们经常遇到的过滤过程,黏性流假设往往更接近实际。
图1 1 经典过滤机理
拦截效应
拦截机理认为:粒子有大小而无质量,因此,不同大小的粒子都跟着气流的流线而流动,如图1 2所示如果在某一流线上的粒子中心点正好使dp2能接触到捕集体(又称“靶”),则该粒子被拦截。这根流线就是该粒子的运动轨迹,在此流线以下范围为b大小同为dp的所有粒子均被拦截。于是,这根流线是离捕集体最远处能被拦截粒子的运动轨迹,即极限轨迹。
图1 2 拦截效应
设纤维为直径Dc=2a的圆柱体,对于绕静止圆柱体的势流,其流函数由式(1 1)给
ψ=v01-ar2rsinθ
(1 1)
当θ=π2时,r=a+dp2,代人流线方程,有
v01-ar2rsinθ=v01-aa+dp22a+dp2
(1 2)
当r→∞时,有rsinθ=b,代人上式后,两端同除以纤维半径a,立即得到拦截效率
ηR=ba=1+dp2a-11+dp2a=1+R-11+R
(1 3)
式中
R——拦截参数,R=dpDc。
式(1 3)应满足0≤ηR≤1于是有
1+R-11+R≥0,1+R-11+R≤1
(1 4)
解不等式,有
0≤R≤5-12,或0≤dp≤5-12Dc
(1 5)
在实际问题的分析中,dp≪Dc,所以基本上总能满足式(1 5)的条件。故在下面的效率分析中,不再讨论粒子大小的适用范围。
对于绕静止圆柱体的黏性流,由式(1 3),用上述同样的推倒方法得到拦截效率
ηR=1La1+Rln1+R-2+RR21+R
(1 6)
式中
La=-lnReD,ReD为绕直径Dc圆柱体流动的雷诺数,
ReD=ρv0Dcμ
如果捕集体为直径Dc的球体,其效率为
ηR=b²a²
(1 7)
对于绕静止球体的势流,由流函数表达式(),得出球体对粒子的拦截效率
()
对于绕静止球体的黏性流,由流函数表达式(),得出球体对粒子的拦截效率
()
在此,有两点需要说明:(1)应用拦截效率计算式时,当过滤速度很大时,才能用势流假设,但在实际应用中,通常过滤速度很低,如纤维过滤速度
<。因此用黏性流假设下的拦截效率计算式较合理。(2)关于绕静止圆柱体和静止球体的流场描述有很多种模型,本书介绍的是最简单、最常用的模型——孤立体模型。一些较复杂的模型主要考虑了相邻捕集体的存在对流场的影响,如哈佩尔(Happel)模型、库韦巴拉(Kuwabara)模型、布林克曼(Brinkman)模型等。值得庆幸的是,对于拦截效应,无论模型多么复杂,只要给出流函数表达式,总能很容易地得到拦截效率理论计算式。其他过滤效应却没有如此幸运,往往只能得到经验式、半经验式或数值解。
惯性碰撞效应
开始时,粒子沿流线运动,绕流时,流线弯曲。有质量为m的粒子由于惯性作用而偏离流线,与捕集体相撞而被捕集。最远处能被捕集的粒子的运动轨迹是极限轨迹。。
图 惯性碰撞效应
求惯性碰撞效率的方法是建立粒子的运动方程,由运动方程求极限轨迹,再求出偏轴距b,然后分别由和。求得绕圆柱体和球体的惯性碰撞效率。但由于求解轨迹方程十分困难,难以确定偏轴距b,故无法得到惯性碰撞效率的分析解。评论与实验分析发现,斯托克斯数足表征惯性碰撞效应的重要参数,其定义为
()
式中——张弛时间,s:
——来流速度,m/s;
——圆柱体或球体直径,m;
——粉尘真密度,kg/rn3;
——粉尘直径,m;
——气体动力黏度,Pa·s。
。可见惯性碰撞效率是雷诺数和斯托克斯数的函数。
惯性碰撞效率与雷诺数和斯托克斯数的关系
——对圆柱体的惯性碰撞效率;―――对球体的惯性碰撞
由于很难给出分析解,实际应用中,常给出数值解或经验表达式。< <100的范围内,Robinson给出在势流中对圆柱体的惯性碰撞效率的近似表达式