基于ANSYS的噴霧器噴嘴流場(chǎng)仿真研究【含有限元】【說明書+CAD+PROE】

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水的結(jié)構(gòu)以及水被磁化后其物化特性的變化，磁場(chǎng)對(duì)流過磁場(chǎng)的水的 作用以及磁化水對(duì)捕塵效果和霧化性能的影響等，并對(duì)影響自吸噴霧 降塵的因素從磁化噴霧角度進(jìn)行了研究。 然后進(jìn)行了自吸噴霧磁化水粒子特性實(shí)驗(yàn)研究。在前人研究的基 礎(chǔ)上，選擇了合理的磁化方式并運(yùn)用射流泵和文丘里管的基本理論， 確定了自吸噴霧磁化噴霧裝置及其結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過對(duì)霧滴粒徑SMD 分布的測(cè)定，得出了磁化水噴霧液滴的粒徑小于普通水噴霧的粒徑； 分別磁化液滴的SMD稍大于同時(shí)磁化時(shí)的；隨著水壓增大，液滴的 粒徑呈下降趨勢(shì)，但并不與水壓的變化成比例關(guān)系。由軸向速度分布 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 的研究發(fā)現(xiàn)：液滴的粒徑與其軸向速度之間存在對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即液滴 的粒徑越大，則其軸向速度也越大；而且霧滴的軸向速度和粒徑符合 五次多項(xiàng)式擬合衄線，但其參數(shù)則根據(jù)具體的條件而定。 最后對(duì)自吸噴霧磁化降塵效率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，主要比較了單噴 嘴噴霧與自吸式噴霧、自吸磁化噴霧與普通自吸噴霧的降塵效果。在 相同水壓下，自吸式噴霧方式總粉塵降塵效率要比單噴嘴的高；自吸 磁化噴霧的降塵效果優(yōu)于普通自吸噴霧；磁化位置影響噴霧降塵效 果。 本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析結(jié)果一致：磁化噴霧有利于提高噴霧的 霧化性能和降塵效率，具有一定的參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：自吸噴霧，磁化，降塵效率，霧化特性，SMD ABS TRACT It well known that dust is one of public pollution in the wo訂dThe dust pollution affects many aspects of human and environmentsuch as toxicological and sensory effects on humans，agricultural crops，grass and livestock，reduction of visibility,and abrasion and corrosion of materials Many industry activities could generate dust particles and sufkrrom it such as metallurgy,light industry,machinery,ceramics，coal CharCoal building materials，electric power,petrochemical and food crushing， processing and other industriesDespite continuous transfIonnations including new technologies and new materials have been doneand production environment has gradually improved and dust hazard has been controlled to some extent，dust pollution problem has not been thoroughlv resolvedSo while we are using the existing technologieswe should constantly study new dustsettling technology to reduce and prevent duSt hazardsIt is practically significant for environment cleanupemployees， health and safe production and steady development of enterprises This article used the means which unifies the theory and the experimentBased on depth analysis of the basic theories of dustsettling by self-inhale spray,including spray dust removal mechanismnozzle atomization，sprayer design，spray atomization characteristies indicators and dust removal efficiency factorsAnd then theoretically di scussed dust suppression mechanism with magnetized water and self-inhale spray,and analyzed the structure of pure water,changes of its basic physical and chemical properties after water magnetized，effects of magnetic field tO water,the impact of magnetized water on the dust removal and atomization performanceWe also studied the factors which afrect dust suppression ofself-inhale sprayer from the point ofmagnetization J hen we conducted experimental research on spray performance 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 Based on previous research，we selected a reasonable magnetization way and determined spray device and its structural parameters by using basic theories of jet pumps and venturitubeThrough measurement of particle size distribution(SMD)，we obtained that magnetic droplet size is smaller than ordinary spray；droplets SMD magnetized in different place is sli曲tly larger than which magnetized together；as the pressure increases， he droplet size decreases，but not in proportional relationsWhen analyzed the axial distribution velocity,we found the relationship between the droplet size and its axial distribution velocity,it meets five times polynomial fitting curve，but its parameters is under specific conditions Finally,dust suppression efficiency by magnetized water and self-inhale spray were studiedMainly compared single-nozzle spray with self-inhale spray,and compared self-inhale spray with magnetized self-inhale sprayWe concluded that under the same pressure，overall dust-settling efficiency of self-inhale spray is higher than that of single-nozzle spray；dust-settling result of magnetized self-inhale spray is better than that of ordinary self-inhale spray；different location of magnets impact dust-settling result In this article，the experimental results are consistent with the theoretical analysis：magnetic spray helps to improve atomization performance and efficiency of dust suppression，it has reference value KEY WORDS：self-inhale spray,magnetization，dust removal rate， atomization performance，SMD IV 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 11國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展 111國(guó)內(nèi)外濕式降塵技術(shù)研究現(xiàn)狀 通常采用的降塵方式可歸納為兩大類：干法降塵與濕法降塵。干法降塵是采 用集塵器收集粉塵，對(duì)于收集到的含塵氣流采用如重力沉降、靜電吸附、活性碳 吸附等的處理方式，降塵效率很高。但正因?yàn)楦墒浇祲m大多采用集塵方式工作， 且只能應(yīng)用于特定環(huán)境中，其應(yīng)用受到很大的限制。濕式降塵的工作介質(zhì)大多采 用水霧。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)濕式降塵的研究與應(yīng)用也比較多，將電、磁、聲等領(lǐng)域的 新技術(shù)以及化學(xué)方法引入噴霧降塵的研究，出現(xiàn)了許多高效、先進(jìn)的噴霧降塵技 術(shù)，如荷電噴霧降塵技術(shù)、磁化水降塵技術(shù)、聲波霧化降塵技術(shù)和超聲霧化以及 泡沫降塵技術(shù)。 以電介噴嘴為主要元件的荷電噴霧降塵技術(shù)是一門正在興起的具有較大應(yīng) 用前途的降塵技術(shù)。其原理是【l】，水在高速通過電介噴嘴時(shí)，由于摩擦而產(chǎn)生帶 負(fù)電的霧滴。利用降塵空間中大量分布的荷電液滴作為捕塵體，縮短了粉塵與捕 塵體之間的距離，達(dá)到有效降塵的目的。而且由于大部分粉塵(特別是微細(xì)粉塵) 也帶有電荷，通過水霧對(duì)帶正電粉塵的靜電吸引力和不帶電塵粒的鏡象吸引力而 提高水霧對(duì)粉塵的降塵效率。該技術(shù)在國(guó)外已應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，并取得了較好的效果。 前蘇聯(lián)用該技術(shù)使降塵效率比普通噴霧提高13,-122】；美國(guó)用外加電源對(duì)水霧 荷電，在非瓦斯礦井使用時(shí)，降塵效率提高10倍以上。 磁化水降塵技術(shù)是改善的噴霧降塵法，用物理的方法改變水的性質(zhì)，使水的 霧化能力增大，從而提高捕塵能力。在外加磁場(chǎng)以及分子力的相互作用下，水分 子的氫鍵斷裂，其粘性和表面張力下降。與此同時(shí)，水中的雜質(zhì)在流經(jīng)磁場(chǎng)時(shí)也 會(huì)被磁化。其中含電解質(zhì)的離子磁化后產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)的方向與外磁場(chǎng)方向相 同，而非電解質(zhì)的分子產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)的方向與外磁場(chǎng)方向相反，這些磁力的相 互作用最終促使水分子的內(nèi)聚力下降，從而不同程度地改變了水的基本結(jié)構(gòu)。由 于粘度、表面張力降低，吸附、滲透能力增強(qiáng)，致使霧化程度得到改善，提高了 捕捉粉塵的機(jī)率。目前該技術(shù)已在河北邢臺(tái)礦業(yè)集團(tuán)得到使用，所采用的RMT 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 共振型磁場(chǎng)降塵裝置是由種Y30鍶鐵氧體環(huán)型磁體經(jīng)過特定的排列組合制成 的【31。從實(shí)際降塵效果來看對(duì)總粉塵的降塵效率比清水提高147，對(duì)呼吸性粉 塵降塵率比清水提高14。 聲波霧化降塵技術(shù)【41是利用聲波凝聚、空氣霧化的原理，從提高塵粒與塵粒、 霧粒與塵粒的凝聚效率以及霧化程度來提高降塵效率。產(chǎn)生聲能的聲波發(fā)生器是 該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。該項(xiàng)技術(shù)所研制的聲波霧化噴嘴具有霧化效果好，耗水量低， 霧粒密度大的特點(diǎn)。同時(shí)，產(chǎn)生的高頻高能聲波可以使已經(jīng)霧化的霧粒二次霧化、 減小霧粒直徑，提高霧粒與塵粒的凝并效果。聲波霧化降塵對(duì)總粉塵的降塵率可 達(dá)90以上，呼吸性粉塵降塵率達(dá)80以上。其缺點(diǎn)是聲波霧化噴嘴產(chǎn)生的聲波 頻率在可聽范圍內(nèi)，聲壓級(jí)高，噪音較大；此外，霧粒變小易受環(huán)境風(fēng)流影響， 壽命也短。 超聲霧化降塵技術(shù)是國(guó)際上八十年代發(fā)展起來的新型降塵技術(shù)【5】。其原理是 應(yīng)用壓縮空氣沖擊共振腔產(chǎn)生超聲波，超聲波把水霧化成超細(xì)的水滴，其粒徑只 有1-50um。與空氣接觸面積大，蒸發(fā)率高能使含塵區(qū)水蒸汽迅速達(dá)到飽和，不 僅能滿足改善粉塵濕潤(rùn)性所需要的條件，還能通過云物理學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、斯蒂 芬流的輸送等多種機(jī)理捕集粉塵。這種方法不用把含塵氣流抽出后再加以處理， 霧滴在局部密閉的產(chǎn)塵點(diǎn)內(nèi)捕獲、凝聚微細(xì)粉塵，使粉塵迅速沉降下來實(shí)現(xiàn)就地 降塵，避免了使用干式除塵器帶來的問題以及清狄工作帶來的二次污染。同時(shí)， 由于霧滴微細(xì)，耗水量很少，被稱為超聲干霧捕塵，避免了噴霧水量過大的弊病。 泡沫降塵是一種新型的降塵技術(shù)，如美國(guó)、前蘇聯(lián)、西德及東歐等國(guó)家為提 高呼吸性粉塵的降塵效率，從70年代起開始集中研究泡沫降塵劑。泡沫降塵劑是 利用表面劑的特點(diǎn)，使泡沫劑和水一起按一定比例混合，通過發(fā)泡劑產(chǎn)生大量高 倍數(shù)泡沫噴灑到塵源或含塵空氣中，形成大量的泡沫粒子群，其總體積和總面積 很大，從而大大增加霧液與塵粒的接觸面和相互接觸，提高了降塵效率。其降塵 效率一般可高達(dá)90以上，對(duì)呼吸性粉塵也可達(dá)到85以上61。該技術(shù)從20世紀(jì) 50年代問世以來，英國(guó)最先開展了這方面的研究，繼后在美、前蘇聯(lián)、原西德、 R本、波蘭等國(guó)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。如前蘇聯(lián)研制的JIO1、JICPAC型泡沫 劑，降塵效率達(dá)到9599；美國(guó)礦業(yè)局研制出壓氣泡沫除塵系統(tǒng)，在煤礦長(zhǎng) 壁工作面進(jìn)行試驗(yàn)，除塵效率達(dá)至090-99，耗水量卻只有噴霧降塵的15- 110。根據(jù)不同的塵源要求，各國(guó)還研究出不同型號(hào)的泡沫除塵配套系列設(shè)備17。 2 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 112磁化水的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展 磁現(xiàn)象是一種普遍存在的物理現(xiàn)象，而磁性存在于一切物質(zhì)中，并與物質(zhì)的 化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系，在磁場(chǎng)中任何物質(zhì)都將不同程度受到磁場(chǎng)作用的影響， 并導(dǎo)致物質(zhì)某些理化性質(zhì)的改變。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)日 益深入，對(duì)磁現(xiàn)象的研究和利用也愈加廣泛。如今，磁化技術(shù)已在化工、環(huán)保、 礦山、冶金、建材、農(nóng)業(yè)以及生物技術(shù)和醫(yī)療衛(wèi)生等方面得到了廣泛應(yīng)用，并取 得了一定的成果。 國(guó)內(nèi)外許多研究表明，磁化水在降塵方面效果顯著。前蘇聯(lián)最早進(jìn)行了磁化 水抑塵實(shí)驗(yàn)，列寧礦山和十月礦山早在上世紀(jì)70年代就已進(jìn)行磁化水和常水降塵 的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其平均降塵率提高8152108f81。原蘇聯(lián)南方采選破碎廠，用磁 化水代替普通水噴霧，使工作區(qū)粉塵濃度降低17；德國(guó)在燒結(jié)廠和焦化廠，用 磁化水代替普通水噴霧，使工作區(qū)粉塵濃度降低約50t91。我國(guó)也己從上世紀(jì)80 年代開始了磁化水的降塵研究，并已研制了TFL型、塵敵型、RMJ型系列磁化水 噴嘴或磁化器，并取得了一定的降塵效果【10,111。近年來，與磁化降塵的相關(guān)研究 不斷發(fā)展，主要集中在四個(gè)方面： (1)水系的物化性質(zhì)的研究 大量文獻(xiàn)表明，磁場(chǎng)可以在某種程度上改變水及其溶液的部分物理化學(xué)性 質(zhì)，如電導(dǎo)率、表面張力、pH值等，水系磁處理后物理化學(xué)性質(zhì)的變化是許多 實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。應(yīng)該指出，對(duì)理想的純水還沒有進(jìn)行過研究。實(shí)驗(yàn)所用的是蒸 餾水、工業(yè)用水、合成溶液和懸浮液等。 Joshi Kanmat(1966)采用永磁體，研究了三重蒸餾水pH、表面張力、介電常 數(shù)的改變【l 21，發(fā)現(xiàn)pH值和表面張力會(huì)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大顯示出飽和趨勢(shì)，磁場(chǎng) 強(qiáng)度的變化對(duì)介電常數(shù)影響不大；Viswat，Herman(1985)報(bào)道了外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的 增強(qiáng)，水和NaCl水溶液的粘度會(huì)升高f31。Boleslaw，Gonet(1985)進(jìn)行了磁場(chǎng)對(duì)三 重蒸餾水的介電常數(shù)、pH、表面張力的影響fH】，認(rèn)為磁場(chǎng)對(duì)水的性質(zhì)沒有影響； 湖南大學(xué)的朱元保(1999)等通過對(duì)磁化水進(jìn)行一系列的物理化學(xué)測(cè)定提出了在 水分子極性不斷加強(qiáng)及水合正、負(fù)離子做相反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用下，水分子間的 氫鍵發(fā)生畸變，甚至斷裂，從而使水分子得到活化f仔1；北京大學(xué)的謝文惠等(1993) 則指出單分子水的性質(zhì)比集團(tuán)中的水分子活潑得多，它能充分顯示它的偶極子特 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 性【161。 (2)水與濕潤(rùn)劑的配合使用 濕潤(rùn)劑的研究起始于20世紀(jì)60年代，我國(guó)是從80年代初才開始推廣濕潤(rùn)劑 的。濕潤(rùn)劑一般由表面活性劑和相關(guān)助劑復(fù)配而成。表面活性劑是由極性的親水 基和非極性的憎水基(或稱親油基)兩部分組成的化合物【4】，常用助劑有Na2S04、 NaCI等無機(jī)鹽類。往磁化水中加入表面活性劑后，表面活性劑分子親水基和親油 基對(duì)水分子的引力不同，會(huì)在水液表面上形成親油基向外，親水基向內(nèi)的緊密定 向排列層，即界面吸附層，此結(jié)構(gòu)有利于對(duì)非極性粉塵發(fā)生吸附。安燕等發(fā)現(xiàn)使 用十二烷基磺酸鈉配制的磁化水的表面張力比磁化蒸餾水的表面張力有顯著下 降【171，這樣更容易對(duì)微粒(包括粉塵)形成包裹作用，提高降塵效果。 (3)磁化水的其它物化性能研究 磁化水能治療腎結(jié)石及膽結(jié)石等【181；磁處理工業(yè)水先驅(qū)Theo Vermeiren在仔 細(xì)研究磁場(chǎng)對(duì)碳酸鈣三種晶體結(jié)晶過程的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)磁場(chǎng)處理后，方解石有 轉(zhuǎn)變成文石的趨勢(shì)【19】；劉有昌等對(duì)磁化水的抑垢機(jī)理進(jìn)行了研究【201，說明磁化 水有抑垢效果；蘇聯(lián)帕特羅夫斯基報(bào)導(dǎo)磁處理時(shí)，在水中出現(xiàn)數(shù)量不大的過氧化 氫t21】：磁化水對(duì)機(jī)械加工乳化液的防腐已有成功實(shí)例f221，說明磁化水有殺菌作 用；Chiba(1994)發(fā)現(xiàn)在流動(dòng)的電解質(zhì)溶液中，存在外磁場(chǎng)時(shí)鋁的腐蝕率下降， 且隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，緩蝕率增加【231；Kelly(1977)報(bào)道了活性鈦的腐蝕因磁場(chǎng)作 用而加強(qiáng)了【24】；吳向洋等發(fā)現(xiàn)油田回注水經(jīng)磁處理后使油田鉆頭的腐蝕基本被抑 制【25】，說明磁化水有防腐蝕作用。 (4)磁流體的研究 磁流體的理論和應(yīng)用是目前引人注目的研究領(lǐng)域，同時(shí)也開辟了磁化水降塵 的新思路。所謂的磁流體即是一種將強(qiáng)磁性超微粒子分散到液相中所得到的非常 穩(wěn)定且?guī)в写判缘哪z態(tài)溶液，也稱作磁流變液。磁流變液在穩(wěn)定磁場(chǎng)下其熱傳導(dǎo) 系數(shù)可提高70，而在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下可提高1 5倍【26】，且在磁場(chǎng)作用下有較高磁導(dǎo)率， 可產(chǎn)生較大磁偶極矩，在磁場(chǎng)消失后剩磁力迅速消失。如使用磁流體對(duì)帶磁性 的粉塵進(jìn)行處理，由于磁流體中含有磁性粒子，即增加了磁場(chǎng)強(qiáng)度和粉塵與磁場(chǎng) 的接觸面積，可以預(yù)計(jì)處理效果會(huì)比單純磁化水的處理效果好，且由于磁流體在 磁場(chǎng)中的傳熱效果好，除塵器的出口煙氣溫度低。如處理帶磁性的金屬粉塵，由 于磁流體離開磁場(chǎng)后迅速脫磁，會(huì)屬粉塵也隨即脫附，則磁流體可重復(fù)使用，金 4 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 屬得到回收。 12論文研究的背景及意義 粉塵具有塵肺病和粉塵爆炸兩大危害，且影響作業(yè)人員數(shù)量較大。多年來， 由于作業(yè)環(huán)境不良和粉塵危害嚴(yán)重，塵肺每年給國(guó)家造成高達(dá)近百億元的直接經(jīng) 濟(jì)損失。我國(guó)的塵肺危害無論在患病人數(shù)、發(fā)病率，還是增長(zhǎng)幅度都居世界首位。 在某些工礦企業(yè)中，粉塵超標(biāo)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，例如，有的水泥廠粉塵超標(biāo)2000 多倍。目前，受粉塵危害的人數(shù)也在日益增多。據(jù)1990年的統(tǒng)計(jì)資料，我國(guó)各 類工礦企業(yè)中接觸粉塵工人達(dá)1400萬人。據(jù)近兩年的不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有塵肺病 人約17萬，死亡人數(shù)每年約2500人，新增塵肺病人約4500人，每年國(guó)家用于 該項(xiàng)的醫(yī)療等費(fèi)用高達(dá)35億元人民幣。粉塵爆炸也具有很大的危害性，如在煤 礦行業(yè)，煤塵爆炸事故發(fā)生多次，傷亡慘重。 當(dāng)前，在粉塵防治工作中，國(guó)內(nèi)外已有的噴霧降塵方法和降塵設(shè)備確實(shí)起到 降低粉塵的作用，但存在的問題是降塵效率不高。據(jù)調(diào)查總粉塵降塵效率只有 5060，呼吸塵的降塵效率僅為20-30。磁化降塵是在已有的噴霧降塵技術(shù) 的基礎(chǔ)上，使噴霧液體在噴出前磁化的改進(jìn)濕式降塵方法。磁化降塵技術(shù)已有悠 久的應(yīng)用歷史，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，其有更好的 降塵效果的事實(shí)也不斷得到證實(shí)。因此，對(duì)磁化降塵相關(guān)方面進(jìn)行研究，具有十 分重要的意義。 13論文研究的主要內(nèi)容與技術(shù)路線 本文采用的自吸噴霧磁化降塵系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的噴霧降塵系統(tǒng)的基礎(chǔ)上使水 磁化，它主要由集風(fēng)器、噴嘴、文丘里管和永磁鐵組成。其中，噴霧器的設(shè)計(jì)參 照射流泵和文丘罩管的一些設(shè)計(jì)理論，收縮角采用射流泵的設(shè)計(jì)參數(shù)，喉管長(zhǎng)和 直徑的比例、喉嘴距和擴(kuò)散角采用文丘罩的一些設(shè)計(jì)參數(shù)。具體研究?jī)?nèi)容主要包 括： (1)自吸式旋轉(zhuǎn)噴霧除塵的基本理論分析研究，包括噴霧捕塵機(jī)理、噴嘴霧化 機(jī)理，自吸旋轉(zhuǎn)噴霧的霧化過程及噴霧器設(shè)計(jì)依據(jù)，噴霧器霧化特性指標(biāo)，以及 影響除塵效率的因素。影響降塵效率的因素主要有：霧滴的粒徑、霧化粒度及流 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 量密度的均勻性、噴霧作用范圍和粉塵與液體捕集體的相對(duì)速度以及供水壓力和 噴嘴型式，水質(zhì)和噴霧器安裝位置及噴霧方向也會(huì)影響除塵效果。 (2)自吸噴霧磁化水降塵機(jī)理的理論探討，分析了純水的結(jié)構(gòu)以及水被磁化后 其基本理化特性的變化，磁場(chǎng)對(duì)流過磁場(chǎng)的水的作用以及磁化水對(duì)捕塵效果和霧 化性能的影響等，對(duì)影響自吸噴霧磁化降塵的因素也進(jìn)行了探討。 (3)對(duì)自吸噴霧磁化降塵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，這包括兩方面的內(nèi)容：噴霧粒子特 性實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)整個(gè)自吸噴霧磁化裝黃進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括永磁磁化方式的選擇、 噴霧裝置主體結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定，噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸的確定；這部分主要是測(cè)量磁化 前后噴霧粒子特性的變化，包括霧滴的粒徑和速度兩個(gè)參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行分析， 數(shù)據(jù)的處理采用了Curve expert軟件進(jìn)行處理。自吸噴霧磁化降塵效率實(shí)驗(yàn)， 主要采用對(duì)比分析的方法研究單噴嘴、自吸噴霧和自吸噴霧磁化等各種情況噴霧 的除塵效率，并對(duì)出現(xiàn)除塵效果的不同進(jìn)行了原因分析。 6 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章自吸噴霧降塵基本理論 21噴嘴霧化機(jī)理 霧化是將液體通過噴嘴噴射到氣體介質(zhì)中，使之分散并破碎成小顆粒液滴的 物理過程。霧化過程中液體的總表面積得到顯著的提高，從而使液滴與氣體介質(zhì) 之間的傳熱傳質(zhì)過程大為增強(qiáng)。根據(jù)能量守恒原理，在液體霧化破碎過程中有： E=Es+Ek+El (21) 式(21)中，Es表示液體的表面能，其主要用于噴霧過程中液體破碎成液滴 克服表面張力做功所需要的能量；Ek表示液體的動(dòng)能，其主要用于噴霧過程中 液滴的速度變化；El表示能量的損失，其主要構(gòu)成是液體在噴嘴內(nèi)部流動(dòng)的摩 擦損失。由以上討論知，只有Es在噴霧過程對(duì)液體的破碎做正功，因此可以定 義如下的噴霧效率： 蟹=魯 住2， 噴霧效率11主要取決于噴嘴的類型、液體物理屬性以及噴霧過程所形成的液 滴尺寸分布。實(shí)際應(yīng)用中許多噴嘴效率在O1這個(gè)量級(jí)上，壓力噴嘴的是所有 噴嘴效率最高的，其最高可達(dá)5。 液體噴射與霧化過程的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，通常采用一些無量綱參數(shù)進(jìn)行 表達(dá)和簡(jiǎn)化。其中最為重要的幾個(gè)無量綱參數(shù)如下： M：墮 (23) pl N：絲 ,ul fps疋L一 pI“ Re，：Pt,utdl p| ：型盟 仃 (24) (25) (26) (27) 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 ：盟2 (28) O- Oh：,We,：_墜 (29) Re| J rotodt Vf一一， 根據(jù)以上所述及公式(21)一(29)知，為了達(dá)到實(shí)際應(yīng)用目的，通常需考慮液 體本身的物理屬性、周圍氣體介質(zhì)屬性、以及所需達(dá)到的液滴尺寸分布范圍和噴 霧形狀來選擇所需噴嘴的類型。 211初次霧化 對(duì)于噴嘴在靜止空氣中的噴霧，在不同的噴射壓力條件下，液體通過圓形噴 孔后呈現(xiàn)出幾種噴霧空間形態(tài)。根據(jù)液體的歐尼索數(shù)Oh和雷諾數(shù)Rel的不同， 其可分為如圖21所示的四種形態(tài)。 圖21噴霧一次霧化模式n71 Fig21 Primary fragmentation modes of atomization 1)在低ReI數(shù)情況下，液體由于表面張力的作用，撕裂成幾何形態(tài)幾乎完全 相似的液滴。這一區(qū)域又稱Rayleigh區(qū)。如圖21中1所示。 2)隨著Rq數(shù)增大，液體因受空氣動(dòng)力作用破碎形成更多的液滴?？諝鈩?dòng)力 作用導(dǎo)致在氣液交界面上形成對(duì)稱的(如圖21中2所示一次風(fēng)導(dǎo)致模式)和不對(duì) 稱的(如圖21中3所示二次風(fēng)導(dǎo)致模式)波增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致圓射流液體的破碎。 這兩個(gè)液體破碎區(qū)域又稱空氣動(dòng)力模式作用區(qū)域。 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 3)當(dāng)Rel進(jìn)一步增大時(shí)，液體離開噴孔就會(huì)霧化成大量細(xì)小的液滴。這一 區(qū)域又稱完全霧化區(qū)，如圖21中4所示。 對(duì)于從Raylcigh區(qū)域過渡到空氣動(dòng)力模式作用區(qū)域，可以依式(210)予以區(qū) 分。 We,：嘗 (210)Re,U 從空氣動(dòng)力模式作用區(qū)域過渡到霧化模式依式(211)加以標(biāo)識(shí)。 =警 (2 整個(gè)過程的變化的具體參數(shù)可參見圖21分隔線所示。 212再次霧化 再次霧化為噴霧中的液片、液線、大直徑液滴顆粒發(fā)生進(jìn)一步的破碎，從而 形成大量液滴尺寸分布呈一定范圍的物理過程。在周圍氣體介質(zhì)作用下，單顆液 滴的破碎主要受氣一液相速度差、湍流結(jié)構(gòu)等因素的影響。在噴霧形成過程中， 當(dāng)液滴與周圍氣體介質(zhì)之間的速度差很大時(shí)，這個(gè)速度差往往就是導(dǎo)致液滴二次 霧化的最主要原因。如果液滴與周圍氣體介質(zhì)之間的速度差較小時(shí)，液滴往往容 易保持穩(wěn)定狀態(tài)而不易破碎。當(dāng)液滴受到因氣一液相速度差產(chǎn)生的空氣動(dòng)力大于 其表面張力時(shí)，液滴將會(huì)變形繼而發(fā)生破碎。液滴是否發(fā)生進(jìn)一步破碎的標(biāo)準(zhǔn)是 根據(jù)周圍氣體介質(zhì)的液滴空氣動(dòng)力韋伯?dāng)?shù)Weg判定，如式(28)。如果液滴空氣 動(dòng)力韋伯?dāng)?shù)Weg超過臨界韋伯?dāng)?shù)Wec，液滴將發(fā)生進(jìn)一步破碎；然而，表面張力 對(duì)于液滴的破碎具有抑制作用，并且當(dāng)液體的粘度增大時(shí)可抑制不穩(wěn)定的空氣動(dòng) 力擾動(dòng)。粘度對(duì)液滴破碎的影響體現(xiàn)在歐尼索數(shù)Oh中，如式(29)。當(dāng)歐尼索數(shù) Oh01時(shí)，粘度的影響可以忽略不計(jì)f28】。根據(jù)前人研究者Hsiangt291、 Benhomieu【30】、Chou3、Dai321、Sall鋤【33】對(duì)于液滴破碎研究的貢獻(xiàn)，可得臨界 韋伯?dāng)?shù)Wec與歐尼索數(shù)Oh之間有如下關(guān)系式： ：j常鴛 o1 對(duì)于粘度較低的液體，其臨界韋伯?dāng)?shù)Wec變化范圍為613。通常就假定為： Wec：12 (213) 9 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 隨著韋伯?dāng)?shù)的增大，更多的液滴將會(huì)發(fā)生破碎，并且在不同臨界韋伯?dāng)?shù)范圍 呈現(xiàn)出如圖22所示的三種不同的破碎模式34舶】。 1)袋狀破碎模式Bag Breakup Model(6Weg80)：液滴在空氣動(dòng)力作用 下擴(kuò)展成一個(gè)袋子形狀，并且在其底部邊緣因?yàn)镽ayteigh不穩(wěn)定性而破碎，進(jìn)而 產(chǎn)生大量液滴。整個(gè)發(fā)展過程如圖22中a所示。 s鐫ip黟螈瑰隅科劫蛾一一一一o叫 一 一一一一ItP G塘。眄鋤嘛 (喲 B翱霞Burst Rim。Be蚤婦po徹一咖勱r oI： 媳飛猢。： 鬮。一 C錨霸霸鞠嚼bk釃軸黟M嘛 粥嘲啪5暉鯫螄職一步 。弓 M蛹嘣拉l。西刪墉 ，一j；蕊 弋： 圖22再次霧化模式 Fig22 Second fragmentation modes of atomization 2)剝落破碎模式Stripping Breakup Model(80Weg350)：當(dāng)空氣韋伯?dāng)?shù) Weg大于350，液滴在KelvinHelmholtz不穩(wěn)定渦中的小波長(zhǎng)、大幅度的擾動(dòng)波 作用下，開始形成波紋狀的液瓣，隨后波狀液瓣受到Rayleigh，Taylor不穩(wěn)定渦中 的長(zhǎng)波長(zhǎng)、大幅度的擾動(dòng)波的擾動(dòng)，瞬間爆炸式破碎成大量的細(xì)小液滴。整個(gè)發(fā) 展過程如圖22中C所示。 10 品即口旦 O一 揀 嘲 一 一咖。如 一 確酚蚤 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 22自吸噴霧霧化機(jī)理 自吸噴霧與普通噴霧相比最大的特點(diǎn)就是其具有一個(gè)文丘里結(jié)構(gòu)的噴霧管， 其作用原理跟射流泵相似，利用有壓水作為吸氣動(dòng)力。該噴霧管由吸入室、喉管 和擴(kuò)散管三部分組成。在噴霧管內(nèi)部，按液氣兩相流動(dòng)過程可以分為(見圖23)： 液氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)段，液滴運(yùn)動(dòng)段以及氣液泡沫運(yùn)動(dòng)段【381，每個(gè)運(yùn)動(dòng)過程對(duì)應(yīng)著不同 的霧化機(jī)理。 噴嘴 吸入室 喉管 擴(kuò)散管 于l I段 II段 m段 |液氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)段液滴運(yùn)動(dòng)段氣液泡沫運(yùn)動(dòng)段 空氣 圖23自吸噴霧內(nèi)部霧化流態(tài)示意圖 Fig23 Sketch of atomized flow within self-inhale spray 科學(xué)工作者早在19世紀(jì)下半葉就己開始對(duì)液體的霧化機(jī)理進(jìn)行了研究，到現(xiàn) 在已經(jīng)形成多種不同的重要理論，如湍流擾動(dòng)理論、邊界條件突變學(xué)說、壓力振 蕩學(xué)說、空穴論、表面波不穩(wěn)定性理論等。其中，表面波不穩(wěn)定性理論是目前發(fā) 展得比較充分也是大家比較認(rèn)同的一種關(guān)于霧化機(jī)理的假說。美國(guó)大學(xué)Princeton 大學(xué)以Bracco391為首的研究小組多年來對(duì)射流霧化機(jī)理的研究表明，目前沒有一 種關(guān)于液體射流霧化機(jī)理的學(xué)說能單獨(dú)圓滿地解釋霧化現(xiàn)象。表面波不穩(wěn)定性理 論雖然也做不到這一點(diǎn)，但該理論因有較嚴(yán)密的理論體系而獲得了廣泛的應(yīng)用。 該理論認(rèn)為高速射流液面的初始擾動(dòng)在某些力的作用下會(huì)迅速而有選擇性地增 長(zhǎng)，從而使液柱表面產(chǎn)生不穩(wěn)定的波動(dòng)。隨著射流速度增加，不穩(wěn)定波所作用的 長(zhǎng)度越來越短，直到微米量級(jí)，于是射流散布成霧狀。下面將著重根據(jù)液體射流 的不穩(wěn)定性理論對(duì)自吸空氣式旋轉(zhuǎn)噴霧器的霧化過程進(jìn)行論述。 液體射流的霧化過程是指液體從噴嘴射出到破碎成液滴群的物理過程。根據(jù) 噴霧過程的發(fā)生和發(fā)展，可將這一過程分為兩個(gè)子過程：(1)液體射流破碎形成液 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 絲與液滴的過程，稱之為一次霧化；(2)破碎后的液滴繼續(xù)分裂形成更小液滴的過 程，稱之為二次霧化或二次破碎。連續(xù)液體的初次霧化會(huì)形成許多大顆粒的液滴， 但該過程是不穩(wěn)定的。如果更進(jìn)一步的破裂發(fā)生，才會(huì)形成大量的細(xì)小液滴。因 此，霧化形成的最終液滴尺寸將不僅取決于初次霧化所形成的大顆粒液滴的尺 寸，還取決于二次霧化的破裂作用。 221一次霧化 水自高壓噴嘴噴出至進(jìn)入喉管之前，這一段屬于液一氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)段。水由噴 嘴高速連續(xù)噴出后獲得了一定的動(dòng)能，在噴嘴出口處由于射流邊界層的紊動(dòng)擴(kuò)散 及卷吸作用，與周圍的被吸氣體(空氣)發(fā)生動(dòng)量交換。與此同時(shí)，水射流受到外 界擾動(dòng)的影響，在離噴嘴不太遠(yuǎn)的一段距離后產(chǎn)生脈動(dòng)和表面波，當(dāng)振幅大于射 流半徑時(shí)，射流被剪切成液滴，即發(fā)生一次霧化m】，其機(jī)理與噴嘴霧化基本相同。 一次霧化主要發(fā)生在噴嘴附近，其霧化過程不僅依賴于射流與環(huán)境介質(zhì)之間 的相互作用，還依賴于噴嘴內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)和噴嘴的幾何參數(shù)。初始霧化控制著液 體向氣相的初始彌散，它對(duì)隨后的噴霧混合子過程乃至液體的整個(gè)霧化過程起著 非常重要的作用。 根據(jù)文獻(xiàn)【4l】將噴霧劃分為濃噴霧段和稀薄噴霧段，如圖24所示。在濃噴霧 段中，存一個(gè)沒有空氣卷入的連續(xù)的液核，即使射流速度非常高，液核部分還是 存在的。液核的前進(jìn)速度恒等于射流初速。而液核的長(zhǎng)度，亦稱“碎裂長(zhǎng)度， 液一氣分界面 圖24液體噴射形態(tài)n21 Fig24 Shape of liquid Spouting 在噴射壓力大于20MPa時(shí)，也還有約lO-30mm431。根據(jù)表面不穩(wěn)定性理論，假 定水的霧化只發(fā)生在液一氣交界面上，液滴的霧化由不穩(wěn)定波幅增長(zhǎng)和進(jìn)一步破 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 碎過程所控制【矧。 Lmmb用流體力學(xué)線性不穩(wěn)定性分析得出以下結(jié)果： A=AoP耐 絲墮二絲型七一絲后： 2pfc pf (214) (215) 式中：A一波的振幅，m； 緲一波的角頻率，Hz； f一時(shí)間，s； 足，c一波數(shù)，其中k=2州A，c=(or，kip廠)o一，m： 五一波長(zhǎng)，11111； “。，“廠一空氣和水的速度，rn8； 成，p，一空氣和水的密度，姆肌3； ，一液體的粘度，N$m2； 仃，一液體的表面張力，聊； 一常數(shù)，03。 當(dāng)擾動(dòng)波的波長(zhǎng)小于某一臨界值t時(shí)，彩為負(fù)值，波幅迅速衰減；而當(dāng)旯屯 時(shí)，,SO為正值，波幅迅速增大，則液滴表面的擾動(dòng)會(huì)不斷增大，最后導(dǎo)致液滴表 面的擾動(dòng)失穩(wěn)，液滴破碎。以由下式給出【45】： 柳踽邡 曉 222二次霧化 被卷吸流體(空氣)進(jìn)入喉管后，即進(jìn)入了液滴運(yùn)動(dòng)段。在喉管內(nèi)，液體與氣 體能量充分交換，此時(shí)流速達(dá)到最大，氣壓降至最低，在吸入室后部造成低壓區(qū)。 在此負(fù)壓的作用下，吸入室后端周圍的空氣通過吸入室漸縮管被卷吸至喉管，從 而使得卷吸入喉管的空氣進(jìn)一步破碎水滴，并與噴霧水滴混合，由擴(kuò)散管噴出， 達(dá)到二次霧化的目的。 在擴(kuò)散管內(nèi)的氣一液混合體的運(yùn)動(dòng)屬于氣液泡沫運(yùn)動(dòng)段。該段中氣體被液滴 13 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 粉碎成微小的氣泡，液滴聚合成較大的液滴，而氣體則分散在較大的液滴中成為 泡沫流。在此過程中，混合流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能，壓力升高，氣體被進(jìn)一步壓 縮。在擴(kuò)散管出口處，高速運(yùn)動(dòng)的氣液泡沫流與周圍靜止空氣發(fā)生碰撞，又進(jìn)行 了一次霧化。 二次霧化是指初始霧化形成的液滴在空氣動(dòng)力作用下進(jìn)一步分解成更小更 穩(wěn)定液滴的分裂過程，二次霧化液滴分裂主要發(fā)生在液體射流的下游，幾乎不再 受噴嘴形狀參數(shù)及其內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)的影響。液滴發(fā)生一次霧化后，產(chǎn)生的液滴繼 續(xù)高速運(yùn)動(dòng)，隨著液滴運(yùn)動(dòng)速度和環(huán)境氣體密度的增加，表面氣動(dòng)力和粘性的影 響作用變得越來越重要，在氣一液相對(duì)速度產(chǎn)生的表面非均勻分布的壓力擾動(dòng) 下，液滴經(jīng)歷變形、扭曲、不穩(wěn)定擾動(dòng)波形成過程，這些過程發(fā)展的結(jié)果使液滴 變形后進(jìn)一步分裂成更小的液滴【蜘。 一次霧化后的水滴離開氣一液交界面時(shí)，具有與液核相同的速度，霧化后的 水滴是否繼續(xù)破碎與射流的特征參數(shù)如液體雷諾數(shù)Re、液體韋伯?dāng)?shù)We和氣液密 度比y有判471。引入表征液滴破碎的相關(guān)參數(shù)： Oh：，至一 (217)心pfG Fdl ：Pfu：diRe (218)= () p f we：堡!坐：(219) o f 式中： 吐一某液滴的直徑，d，=q以=cl1267丸，此時(shí)盔=126df-l； 7一空氣與水的密度之比，廠=PP：； “，一水滴d，與空氣的相對(duì)速度，ms； 在穩(wěn)定的氣流中，液體的破碎主要受氣動(dòng)力、表面張力和粘滯力的控制。由 于水的粘滯力很小，所以水滴的破碎主要受氣動(dòng)力和表面張力的影響148l。當(dāng)球形 的液滴在空氣中運(yùn)動(dòng)受到的氣動(dòng)力和表面張力相等時(shí)，液滴開始破碎，因此有： cs旦連：7D盯 (220) 2 式中： C一阻力系數(shù)； S一液滴的投影面積，S=xD24，m2： 14 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 一液滴與氣流的相對(duì)速度，mls； 式(220)中的左邊為氣動(dòng)力，右邊為液滴的表面張力。將S的表達(dá)式代入式 (220)可得： c絲盛：柏盯 (221) 4 2 將式(221)整理后寫成量綱形式 見嵋D仃=8C (222) 式(222)的左邊就稱為韋伯?dāng)?shù)，用We表示，則有 We=成嵋D仃 (223) 式(223)的右邊即為液體破碎的臨界韋伯?dāng)?shù)，用Wec表示。 嚴(yán)春吉f49】等研究表明： 液體的雷諾數(shù)對(duì)液體表面擾動(dòng)起著增強(qiáng)的作用，為不穩(wěn)定因素。根據(jù)式(218) Re的定義知，只出現(xiàn)在參數(shù)Re中可看出，液體Re代表液體粘性的影響。因此， 液體的粘性對(duì)霧化起著穩(wěn)定性的作用，阻止射流分裂與霧化。這證實(shí)了粘性的一 個(gè)基本效應(yīng)：耗散任意擾動(dòng)的能量而使流動(dòng)穩(wěn)定化。 在液體霧化的過程中液體的韋伯?dāng)?shù)We起著不穩(wěn)定性作用，根據(jù)式(219)We 的定義，表明自由界面上的表面張力盯對(duì)霧化過程的影響，由于表面張力盯跟We 數(shù)成反比的關(guān)系，所以表面張力萬在霧化過程中起著穩(wěn)定性作用，它削弱擾動(dòng)的 增長(zhǎng)、阻止射流表面的扭曲變形。 氣液密度比對(duì)射流的霧化有促進(jìn)作用，在環(huán)境溫度不變的情況下，氣體的密 度越大環(huán)境壓力越大，因此氣體密度代表了環(huán)境壓力對(duì)射流穩(wěn)定性的影響，即環(huán) 境壓力在射流分裂破碎過程中起著扭曲變形分裂的作用，它加強(qiáng)擾動(dòng)的不穩(wěn)定 性，為不穩(wěn)定因素。 23自吸噴霧降塵機(jī)理 自吸噴霧裝置主要由噴嘴和吸氣通道兩部分組成(如圖25所示)。在吸氣通 道中，水與含塵空氣接觸的方式大致有水滴、水膜和氣泡三種形式f50】，見圖26。 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 】- 2 4 5 1一噴嘴；2一吸入室；3一喉管減縮段；4一喉管；5一喉管擴(kuò)散管 l-Nozzle；2-1nhale Room；3-Reduction pipe；4-Throat Pipe；5-Diffuse pipe 圖25自吸式噴霧示意圖 Fig25 Sketch of self-inhale spray 液滴r一， (y6 b 一一=|。o巴 |O O?砷 a ?i姐一j一 氣術(shù)習(xí) C=一01【 i：!l C 一污染空氣 一清潔空氣 圖26水與含塵空氣的接觸方式 Fig26 Approach ofwater and dust in the air (a)水滴：如圖26a所示，由于機(jī)械噴霧或氣流自激等方式使水射流形成大 小不同的水滴，分散于氣流中成為捕塵體； (b)水膜：如圖26b所示，由于水射流的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，水滴重新聚合，在塵粒 表面形成水膜。 (c)氣泡：如圖26c所示，由于氣流穿過水層，根據(jù)氣流的速度、水的表面 張力等因素的不同，含塵氣體被粉碎為不同大小的氣泡。 這三種接觸方式的捕塵機(jī)理主要是依靠慣性碰撞、截留、布朗擴(kuò)散及凝集作 用來捕塵的，如圖27所示。 16 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 留 一流線。粉塵顆粒水珠顆粒 圖27自吸噴霧捕塵機(jī)理示意圖 Fig27 Instructional diagram of dustsettling mechanism by self-inhale spray 231慣性碰撞 自吸噴霧系統(tǒng)主要應(yīng)用慣性碰撞進(jìn)行捕塵，在自吸噴霧裝置中，塵粒始終與 水滴或者水膜進(jìn)行有效的慣性碰撞而被捕集。 在吸入室，水射流與含塵氣流做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，水射流的速度很大，含塵氣流的 速度較小，兩者發(fā)生了慣性碰撞，塵粒被捕捉；進(jìn)入喉管時(shí)，兩者依然有其相對(duì) 速度，由于水射流的紊動(dòng)擴(kuò)散作用，含塵氣體繼續(xù)與水射流發(fā)生慣性碰撞，水射 流同時(shí)被氣體剪切分散為水滴，塵粒又與水滴進(jìn)行有效的碰撞，并進(jìn)行能量和質(zhì) 量的交換，塵粒又被捕捉；當(dāng)含塵水流進(jìn)入擴(kuò)散管后，由于流通斷面的逐漸增大， 氣流減速，由于塵粒的慣性作用，塵粒與水滴及擴(kuò)散管形成的水膜再次發(fā)生有效 的慣性碰撞，塵粒進(jìn)一步被捕捉。 慣性碰撞的捕塵效率傀與撞擊系數(shù)K有密切關(guān)系： rE=lcxp(一CLwE)=lexp【-c霹i(K+o45)2】 (224) 式中： o一水氣比，Lm3； C一效率指數(shù)，一般情況下，C=83； E一撞擊效率，E=(Ko+045)2； K。一撞擊參數(shù)，無因次，Kc=d；名llr(9,ugDf)； d一塵粒直徑，cm； 17 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 232截留 Dc一水滴直徑，cm； 名一粉塵密度，gcm3； 一水氣相對(duì)速度，ms； 心一氣體運(yùn)動(dòng)粘度，10qm2s。 截留捕塵效率的主要影響因素是塵粒的大小，它忽略粒子的質(zhì)量，不考慮粒 子慣性碰撞的捕塵效應(yīng)。含塵氣流在水力吸塵管中被水滴的截留捕塵效率符合 Langrnuir提出的截留捕塵效率的計(jì)算關(guān)系式： ，孫=(1+KR)2-15(1+KR)+2(1+0)r15KR2 (225) 式中：一截留參數(shù)，KR=d。皿。 此式表明，截留捕塵效率隨塵粒的增大和水滴直徑的減少而增高。此外，截 留捕塵效率與流速大小無關(guān)，但在很大程度上取決于流場(chǎng)的性質(zhì)，例如在粘性流 中，截留效率就高。 233擴(kuò)散 當(dāng)微細(xì)塵粒受氣流的夾帶作用圍繞吸塵管喉部及擴(kuò)散管的水滴、水膜運(yùn)動(dòng) 時(shí)，由于布朗擴(kuò)散作用，塵粒的運(yùn)動(dòng)軌跡與氣流流線不一致，而沉積于水滴或水 膜上。塵粒越小，擴(kuò)散越強(qiáng)烈。被水滴粉碎成氣泡中的塵粒也存在擴(kuò)散作用。塵 粒由擴(kuò)散所引起的沉降效率，取決于水滴的質(zhì)量傳遞皮克萊(Peclet)數(shù)忍和液 滴、水膜的雷諾數(shù)胎。皮克萊數(shù)n是描述擴(kuò)散的主要物理參數(shù)，其定義為： Pe：Dil-ta(226) D 式中： D，一液滴直徑。 氣流的速度，ms。 D一布朗擴(kuò)散系數(shù)，m2s，D=k占TCs(3zqfdp)； k一波爾茲曼系數(shù)，k=138X 10。23JK； r一氣體絕對(duì)溫度，K； 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 C一試驗(yàn)常數(shù)。 其擴(kuò)散捕塵效率(rio)為： rL 2 41 8Rel76Pet73 234凝聚 (227) 含塵氣體在通過自吸噴霧器喉部時(shí)，壓力減少，水分蒸發(fā)，可使氣流達(dá)到飽 和甚至過飽和狀態(tài)；到達(dá)擴(kuò)散管段，氣流速度減少，而壓力升高，水分將以塵粒 為核心產(chǎn)生凝結(jié)，塵粒的直徑變大，更容易被水滴或水膜捕集，同時(shí)，由于各塵 粒表面被濕潤(rùn)，塵粒之間相互碰撞而凝結(jié)為直徑更大的塵粒，有利于進(jìn)行進(jìn)一步 的降塵工作。 水力吸塵管的凝集作用與噴水水壓、流量及吸塵管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。水 力吸塵管的捕塵主要是上述四種機(jī)理的綜合作用，其捕塵總效率要高于某一種單 獨(dú)機(jī)理的效率，然而，總捕塵效率并不簡(jiǎn)單地等于各種機(jī)理捕塵效率的疊加。 24噴霧器霧化性能 評(píng)價(jià)噴霧器霧化性能的指標(biāo)主要有：霧化細(xì)度和粒度的均勻度指數(shù)，霧化角， 流量特性及流量密度分布等。 (1)霧化細(xì)度 霧化細(xì)度表示水滴顆粒大小的指標(biāo)，一般有平均直徑、最大直徑和中值直徑 等。霧化細(xì)度表征方法很多，最常用的有以下幾種5?！浚?索太爾平均直徑(SMD) 所謂索達(dá)爾平均直徑即霧滴的面積對(duì)體積的比值等于全部霧滴樣品的面積 對(duì)體積的比值，其表達(dá)式為： sM。=端 曉28) 算術(shù)平均直徑(D) 即所有霧滴的平均直徑，計(jì)算公式為： 。=皆 旺29， 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 霧滴數(shù)量中徑(NMD) 所謂霧滴數(shù)量中徑即在一次噴霧的全體霧滴中，大于某直徑霧滴的累積數(shù)量 占全體霧滴累積數(shù)量的一半，小于它的也占一半。NMD可由定義直接求得。 霧滴體積中徑(VMD) 所謂霧滴體積中徑即在一次噴霧的全體霧滴中，大于某直徑霧滴的累積體積 等于小于這一直徑霧滴的累積體積，VMD可由公式直接求得： 蚴_(醬班 旺3。， 式(21-23)中，D，為第f級(jí)內(nèi)霧滴直徑的中值點(diǎn)，朋；N，為直徑D，的霧 滴數(shù)。 (2)霧化粒度的均勻性 霧滴均勻度指標(biāo)(DR)又稱擴(kuò)散比，表示霧滴群體大小的分散程度，是衡量 霧化性能好壞的重要指標(biāo)，DR是NMD與VMD的比值。 DR：NMD (231) 霧滴均勻度值DR越接近于l，表明霧滴的粒徑越均勻。 (3)霧化角 霧化角描述的是噴霧宏觀幾何特征結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要參數(shù)，其反映了特征噴嘴 霧化場(chǎng)的空間幾何尺寸大小。液體霧化錐邊界上兩根對(duì)應(yīng)的切線的夾角稱是霧化 角，現(xiàn)有霧化角的確定方法有以下幾種：出口霧化角、條件霧化角、根據(jù)射流邊 界有明顯直線部分測(cè)定霧化角【521，如圖28所示。 ：刪 圖28霧化角圖1531 Fig28 Diagram ofjet angle 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 (4)流量密度分布 流量密度分布是指在單位時(shí)間內(nèi)，通過與噴孔軸線方向垂直的單位截面面積 上的液體質(zhì)量(或體積)分布規(guī)律，如圖29所示。通過單位時(shí)間內(nèi)沿直徑方向液 滴粒徑的變化可以得到流量密度分布。分布較好的液滴群能分散到整個(gè)降塵空 間，并能在較小的空氣擾動(dòng)下與空氣獲得充分的混合。經(jīng)驗(yàn)表明：流量密度沿徑 向呈對(duì)稱的雙峰分布較佳，單位為堙，12s。 圖29流量密度分布示意圖(531 Fig29 Schematic diagram ofcurrent capacity density distribution (5)噴霧的空間特性 它主要包括噴霧的貫穿度、空間分布度、噴射率和粒子的速度。 25影響噴霧器降塵效率的指標(biāo) (1)霧滴粒徑 霧滴粒度是指霧滴的直徑大小(以am計(jì))，噴霧降塵是霧滴與塵粒的碰撞過 程，提高噴霧降塵效果的關(guān)鍵在于提高霧粒與塵粒碰撞機(jī)會(huì)。粉塵一般有一定的 表面疏水性，霧滴粒徑過大時(shí)，其質(zhì)量大，分布密度低，不易與粉塵相碰撞；相 反，如霧粒過小，易于蒸發(fā)，在空氣中的時(shí)問過短，即使沉降下來，也容易因干 燥而重新飛揚(yáng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，霧滴粒徑在10200um范圍之內(nèi)，其最佳降塵粒 度為40-50um。 其中影響霧滴大小的因素主要有水的表面張力：氣液表面張力越小，由于 表面張力對(duì)液滴的穩(wěn)定作用就越弱，噴霧形成的液滴就越小。液相對(duì)速度的影 響：在噴嘴處氣體和液體的相對(duì)速度嚴(yán)重影響噴霧效率。氣液相對(duì)速度越大，液 滴越小，較大的氣液相對(duì)速度將對(duì)液滴產(chǎn)生較大的破碎力，從而使液滴變得更小。 2l 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 液體粘度的影響：液體粘度增加，霧滴尺寸變大。這是因?yàn)檎扯葘?duì)液滴有穩(wěn)定 作用，液滴尺寸變大，不利于霧化，粘度越小，阻尼越小，擾動(dòng)波增長(zhǎng)越快，越 不穩(wěn)定，產(chǎn)生的液滴也就越小。液體與氣體相對(duì)流量的影響：實(shí)驗(yàn)表明，氣流 中液體體積百分?jǐn)?shù)加大，液滴尺寸迅速增大。 (2)霧化粒度及流量密度的均勻性 不論用哪類平均直徑表示霧化細(xì)度，都僅僅是用假想尺寸均一的粒子群代替 實(shí)際的霧化粒子群，但霧化后實(shí)際液滴粒子群中水滴尺寸大小相差懸殊，有時(shí)達(dá) 10倍左右，反分布很不均勻，因此常用均勻性指數(shù)DR表示霧化液滴群中不同液 滴大小的接近程度。DR值大，霧化均勻性好，噴霧效果越好；DR值小，則霧化 均勻性差，噴霧效果越差。 (3)噴霧作用范圍【541 噴霧作用范圍是指噴出的噴霧體所占的空間，如圖210所示。它分別用霧體 作用長(zhǎng)度(L+B)、有效射程B和擴(kuò)散角伐表示，擴(kuò)散角有時(shí)也稱條件霧化角。霧體 作用長(zhǎng)度、有效射程和擴(kuò)散角越大，噴霧的作用范圍越大，降塵效果越大，降塵 效果越好。 B一有效射程；(L+B)一物體作用長(zhǎng)度：a一擴(kuò)散角 圖210霧體作用范圍 BEffective range；(L+B)一Effective length of Fog body；a-Jet angel Fig21 0 Sphere of action of fog body (4)粉塵與液體捕集體的相對(duì)速度 其相對(duì)速度愈大，沖擊能量越大，碰撞、凝聚效率就愈高：同時(shí)，有利于克 服液體表面張力而被濕潤(rùn)捕獲。 (5)供水流量 在霧粒不變的情況下，供水流量愈大降塵效果愈好。由于加大流量，提高了 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 霧滴運(yùn)動(dòng)速度和密度，從而增加了霧滴與塵粒碰撞的可能性。但從試驗(yàn)情況看， 當(dāng)流量達(dá)到一定程度后，再繼續(xù)增大流量，則其降塵效果無明顯增加。因此，流 量必需根據(jù)其噴霧地點(diǎn)、位置、空間大小及塵源情況予以確定。在有效射程內(nèi)噴 霧密度平均106108粒crn3為宜【55】。 (6)供水壓力和噴嘴型式 供水壓力和噴嘴型式直接影響噴霧作用范圍。 當(dāng)噴嘴選定后，水壓是形成噴霧的重要條件，它直接影響噴嘴的流量、霧粒 的大小和運(yùn)動(dòng)速度。隨著水壓的增加，上述參數(shù)均向優(yōu)化方向發(fā)展，當(dāng)水壓達(dá) 10kgcm2以上時(shí)，可獲得較為理想的降塵效果。 目前用于降塵的噴霧器的形式較多，產(chǎn)生的霧體的作用長(zhǎng)度、有效射程和擴(kuò) 散角不同，其霧滴粒徑、霧滴數(shù)密度及霧滴分布也不一樣，降塵效果不同。 (7)供水質(zhì)量 水質(zhì)的好壞可直接影響降塵效果，這里所說的水質(zhì)主要是指水中的懸浮物含 量、懸浮物粒徑和pH值。水質(zhì)差，懸浮物含量多，懸浮物粒徑大，容易造成噴