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1、第四节第四节 颗粒捕集的理论基础颗粒捕集的理论基础n对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生一定位移并从气流中分离中分离n颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、颗粒间相互作用力颗粒间相互作用力外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、外力：重力、离心力、惯性力、静电力、磁力、热力、泳力等泳力等颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略流体阻力流体阻力n流体阻力形状阻力摩擦阻力流体阻力形状阻力摩擦阻力n阻力的方向和速度向量方向相反阻力的方向和速度向量方向相
2、反n n n 流体阻力流体阻力n流体阻力与雷诺数的函数关系流体阻力与雷诺数的函数关系 流体阻力流体阻力n颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动颗粒尺寸与气体平均自由程接近时，颗粒发生滑动坎宁汉修正坎宁汉修正阻力导致的减速运动阻力导致的减速运动n根据牛顿第三定律根据牛顿第三定律n若仅考虑若仅考虑Stokes区域区域n积分得积分得n速度由速度由u0减速到减速到u所迁移的距离所迁移的距离n若若引入坎宁汉修正系数引入坎宁汉修正系数Cn停止距离停止距离驰豫时间或松弛时间驰豫时间或松弛时间重力沉降重力沉降n力力平衡关系平衡关系nStokes颗粒的重力沉降末端速度（忽略浮力影响）颗粒的重力沉降末端速度
3、（忽略浮力影响）n湍流过渡区湍流过渡区n牛顿区牛顿区nStokes直径直径n空气动力学直径空气动力学直径离心沉降离心沉降n力力平衡关系平衡关系nStokes颗粒的末端沉降速度颗粒的末端沉降速度静电沉降静电沉降n力力平衡关系平衡关系n静电沉降的末端速度习惯上成为驱进速度，用静电沉降的末端速度习惯上成为驱进速度，用 表示，表示，对于对于Stokes粒子：粒子：惯性沉降惯性沉降n颗粒接近靶时的运动情况颗粒接近靶时的运动情况惯性碰撞惯性碰撞n惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素惯性碰撞的捕集效率取决于三个因素气流速度在靶周围的分布，用气流速度在靶周围的分布，用ReD衡量衡量颗粒运动轨迹，用颗粒运动轨迹，用
4、Stokes数描述数描述颗粒对捕集体的附着，通常假定为颗粒对捕集体的附着，通常假定为100惯性碰撞惯性碰撞n惯性碰撞分级效率惯性碰撞分级效率与与 的关系的关系拦截拦截n直接拦截发生在颗粒距捕集体直接拦截发生在颗粒距捕集体dp/2的距离内的距离内n拦截效率用直接拦截比拦截效率用直接拦截比R表示表示n对于惯性大的颗粒对于惯性大的颗粒n对于惯性小的颗粒对于惯性小的颗粒扩散沉降扩散沉降n扩散系数和均方根位移扩散系数和均方根位移布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大布朗扩散作用对于小粒子的捕集影响较大颗粒的扩散类似于气体分子的扩散颗粒的扩散类似于气体分子的扩散对于粒径约等于或大于气体分子平均自由程的颗粒对
5、于粒径约等于或大于气体分子平均自由程的颗粒对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒对于粒径大于分子但小于气体平均自由程的颗粒颗粒的均方根位移（时间颗粒的均方根位移（时间t秒钟）秒钟）扩散沉降扩散沉降n标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较标准状态下布朗扩散平均位移与重力沉降的比较扩散沉降效率扩散沉降效率n扩散沉降效率取决于皮克莱数扩散沉降效率取决于皮克莱数Pe和雷诺数和雷诺数Ren粘性流单个圆柱体的效率粘性流单个圆柱体的效率n势流单个圆柱体效率势流单个圆柱体效率n孤立球形捕集体孤立球形捕集体n从理论上讲，从理论上讲，是可能的是可能的扩散沉降效率扩散沉降效率n惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散的比较n作业：作业：n5.8n5.9