当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第五章 颗粒污染物控制技术基础 > 5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修） > Video
同学们好！这一讲我们一起学习惯性沉降
机械拦截和扩散这三种颗粒物去除机理
含尘气流改变方向时
由于颗粒的惯性而从主气流中脱离出来被捕集的过程称为惯性沉降
袋式除尘器和颗粒层除尘器主要依靠惯性作用除尘
如图所示
当含尘气流通过一个静止的或者缓慢移动的捕集体时
气体会发生绕流运动
对于粒径较小的颗粒物1，由于惯性较小
能随气流一起绕过捕集体
颗粒物2距离停滞流线较远，运动状态改变不大
也能顺利绕过捕集体
颗粒物3的粒径比较大，且距离停滞线比较近
在惯性的作用下更倾向于保持原来的运动方向
和捕集体发生碰撞，从而被捕集
这种颗粒物的捕集机制称为惯性碰撞
惯性碰撞的捕集效率主要取决于三个因素
一是气流在捕集体周围的分布
可以用捕集体的雷诺数来衡量
这里，u0为未被扰动的上游气流相对于捕集体的流速
Dc为捕集体的尺寸
雷诺数高，除了邻近捕集体的表面外
气流流型与理想气体相一致，流体为势流
雷诺数低，气流受黏性力支配，为黏性流
二是颗粒的运动轨迹，取决于颗粒物的质量、气流阻力
捕集体的尺寸以及气流速度
颗粒物的运动轨迹可以用斯托克斯准数表示
斯托克斯准数是颗粒运动的停止距离和捕集体的尺寸之比
对于球形颗粒物，斯托克斯准数可以用这个公式计算
斯托克斯准数数越大，则颗粒物惯性越大
就越容易被捕集体捕集
第三个方面的因素
是与捕集体碰撞的颗粒物附着在捕集体上的比例
用黏附系数表示，通常假定为100%
这张图给出了不同形状的捕集体在不同雷诺数下的
惯性碰撞分级效率与斯托克斯数平方根的关系
可以看出，对于某一捕集体，斯托克斯准数越大
颗粒的惯性越大，比较容易被捕集
惯性碰撞的分级效率也就越高
因此颗粒的分级碰撞捕集效率随着斯托克斯准数的增加而变大
捕集体的形状对颗粒的捕集效率有很大影响
随着斯托克斯准数的增加
捕集效率增长最快的捕集体依次是：圆板、矩形板
圆柱体、球体和半矩形体
对于在一定工况下运行的除尘设备
惯性碰撞分级效率为50%时对应的斯托克斯数记作斯托克斯50
此时对应的颗粒物的粒径就是分割粒径
除了惯性碰撞外，颗粒物也会通过其他作用与捕集体接触
例如，这里的颗粒物4，虽然能随气流做绕流运动
避开捕集体，但由于离开捕集体不够远
表面刚好与捕集体相接触，而被捕集体拦截而附着
这种颗粒物的捕集机制称为机械拦截
机械拦截效率的大小取决于捕集体周围气流特性
颗粒运动轨迹、捕集体与颗粒本身形状大小等等因素
假设颗粒只在颗粒距捕集体表面dp/2的时候被拦截
我们可以定义直接拦截比R
R等于颗粒物粒径dp除以捕集体的定性尺寸Dc
因机械拦截导致的捕集效率的增量记为依塔di
对于惯性大的颗粒，圆柱体的拦截效率为R
而球体的拦截效率约等于2R
而对于惯性小的颗粒
拦截效率还受到气流特性即雷诺数的影响
在高雷诺数情况下，圆柱体的约为2R
而球体的拦截效率约等于3R
粘性流的情况下
圆柱体拦截的效率要考虑雷诺数的影响
球体的拦截效率约二分之三倍的R平方
小颗粒物的捕集效率往往要比按惯性碰撞机制估计的结果更高
这是由于颗粒的布朗运动
一些不在捕集体有效捕集范围内的颗粒
也会运动到捕集体附近发生捕集或拦截
这一过程增加了除尘效率
导致这种现象发生的机制叫做扩散沉降
例如这个图里的颗粒5，它本来能随着气流做绕流运动
避开捕集体，但由于无规则的扩散运动
在靠近捕集体时可能刚好与捕集体接触，于是被捕集下来
小粒径颗粒物的扩散作用更为明显
故扩散作用对于小颗粒物的捕集效果影响较大
颗粒物的扩散过程类似于气体分子的扩散过程
并可以用形式相同的微分方程来进行描述
这里n表示颗粒物的数浓度；D是颗粒的扩散系数
取决于颗粒物的粒径以及气体的种类和温度
对于粒径大于或等于分子平均自由程的颗粒
可以用爱因斯坦公式来进行计算
对于粒径小于气体平均自由程的颗粒物
可以用朗缪尔公式计算
不管采用哪个公式计算，粒径越小，布朗扩散系数越大
颗粒由于布朗扩散的沉降就越显著
在布朗扩散作用下，颗粒在时间t内沿x方向的均方根位移
可以用2倍的时间乘扩散系数再开方来得到
对于0.1微米以下的颗粒物
标准状况下单位时间内布朗扩散的平均位移可以达到30微米
约为其重力沉降距离的35倍
说明小颗粒的沉降显著受到扩散作用的影响
扩散沉降的捕集效率取决于
捕集体的质量传递Peclet数和雷诺数
Peclet数是惯性力产生的颗粒位移与扩散产生的颗粒位移之比
是衡量扩散沉降重要性的特征参数
颗粒扩散系数越大，Pe越小，颗粒物的扩散作用越为重要
扩散系数越小，Pe越大
则惯性作用越强，扩散沉降就越微弱
这里给出了单个圆柱形捕集体
和单个球形捕集体的扩散沉降效率计算公式
从理论上讲，扩散沉降效率大于1是可能的
这是因为捕集体投影截面以外的颗粒物
也有可能通过扩散作用沉积到捕集体上
关于颗粒物捕集机理的内容我们就介绍到这里
下一章，我们将介绍工业上应用的各种除尘装置
谢谢大家，我们下周见
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
-8-1 概述
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-8-1 概述--作业
-8-2 燃烧前燃料脱硫
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-第八章 硫氧化物控制技术--8-2 燃烧前燃料脱硫
-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
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-第八章 硫氧化物控制技术--第八章 作业习题
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-2 低氮氧化物燃烧技术
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-第九章--9-4 选择性非催化还原技术
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-3 VOCs污染预防
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-第十一章--11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
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-第十一章 机动车污染控制--11-3 机动车排放控制技术
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-第十一章--11-4 先进车辆技术和清洁替代燃料技术
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-11-5 交通规划与交通管理（选修）--作业
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-12-1 全球气候变化与温室效应--作业
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
-12-3 臭氧层破坏问题
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Lecture 02
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-Conversation
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-附加：--Exercise
