氣溶膠力學(xué)-第07章-氣溶膠力學(xué)基礎(chǔ)

華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院氣溶膠力學(xué)任課教師：楊官平二○一五年八月封面氣溶膠粒子的形態(tài)與分類氣溶膠粒子的形狀氣溶膠粒子的大小氣溶膠粒子的密度氣溶膠粒子的運動氣溶膠粒子的擴散第07章氣溶膠力學(xué)基礎(chǔ)7.1氣溶膠粒子的形態(tài)與分類氣溶膠的來源氣溶膠的分類一、氣溶膠的來源二、氣溶膠的分類

1.德林卡和哈奇德粒狀污染物分類方法氣溶膠的類型粉塵：物質(zhì)通過破碎、篩分、運輸、加工等機械或動力作用形成的固體顆粒物。煙塵：燃燒焊接、金屬冶煉、熔解、蒸發(fā)、升華、凝聚等過程中形成的固體顆粒物。煙：木材、紙、布、油、煤、香煙等燃燒而形成的固體顆粒物。霧：水蒸氣的凝結(jié)形成的液態(tài)氣溶膠粒子。靄：蒸汽的凝結(jié)、化學(xué)反應(yīng)、液體噴霧等形成的細(xì)小的液態(tài)氣溶膠粒子。1.德林卡和哈奇德粒狀污染物分類方法分類

名稱

粒徑生成方式

固體粒子

粉塵

1～100

破碎、篩分、運輸、機械加工、揚塵

凝結(jié)固體煙霧

0.1～1

燃燒焊接、金屬冶煉、熔解、蒸發(fā)、升華、凝聚

煙

0.001～0.3

木材、紙、布、油、煤、香煙等燃燒而形成

液體粒子

靄

1～100

蒸汽的凝結(jié)、化學(xué)反應(yīng)、液體噴霧等

霧

5～50

水蒸氣的凝結(jié)

2.用克努森數(shù)Kn作為分類依據(jù)2.用克努森數(shù)Kn作為分類依據(jù)名稱粒子直徑范圍自由分子區(qū)過渡區(qū)滑動區(qū)連續(xù)區(qū)Kn>1010~0.3<0.3<0.1λ/μm<0.010.01~0.4>0.4>1.32.用克努森數(shù)Kn作為分類依據(jù)自由分子區(qū)：顆粒尺寸接近于氣體分子尺寸，其速度幾乎等于氣體速度。過渡區(qū)：顆粒尺寸相對較小，其速度接近于氣體速度。滑動區(qū)：顆粒尺寸相對較大，顆粒可以視為連續(xù)介質(zhì)，其速度相對于氣體速度有一個小的滑動。連續(xù)區(qū)：顆粒尺寸相對大，顆?？梢砸暈檫B續(xù)介質(zhì)，其速度與氣體速度相差較大。7.2氣溶膠粒子的形狀球形粒子：粒子形狀為球形。非球形粒子：粒子形狀為非球形。近似立方體：粒子的三個方向的尺寸有大致相同的大??；板狀：在兩個方向上有比第三個方向上更大的長度；針狀：在一個方向上有比另兩個方向上更大的長度。7.3氣溶膠粒子的大小顆粒粒徑：表示顆粒大小的代表性尺寸。顆粒粒徑的計算球形粒子：粒徑為粒子的直徑。非球形粒子：粒徑為粒子的當(dāng)量直徑。7.3氣溶膠粒子的大小等效直徑定義數(shù)學(xué)表達(dá)式長度直徑直徑在一給定方向上測量平均直徑在多個方向上測量后取平均投影－周長直徑有與粒子同樣周長的圓的直徑投影－面積直徑有與粒子同樣投影面積的圓的直徑表面積直徑有與粒子同樣表面積的圓的直徑體積直徑與粒子同體積的球的直徑斯托克斯直徑與粒子同密度和同沉降速度的球的直徑7.3氣溶膠粒子的大小P－粒子的投影周長；AP－粒子的投影面積；AS－粒子的表面積；V－粒子的體積；ν－粒子的沉降速度；－粒子的密度；－空氣的密度；μ－空氣的動力學(xué)黏度；g－重力加速度。7.4氣溶膠粒子的密度定義：單位體積顆粒的質(zhì)量，kg/m3或g/cm3。作用：氣溶膠粒子的密度是影響粒子運動的重要因素，重力作為粒子所受的一種外力，與粒子的密度成正比，粒子的密度越大，則粒子運動的慣性力也越大。類型：顆粒真密度顆粒堆積密度一、顆粒真密度定義：將粉塵顆粒表面及其內(nèi)部的空氣排出后測的的粉塵自身的密度，即以粉塵的真實體積求的密度。用符號表示。作用：用于塵粒的運動研究等方面。二、顆粒堆積密度定義：呈堆積狀態(tài)的粉塵，每個顆粒及顆粒之間的空隙中都含有空氣，堆積體積包括顆粒之間和顆粒內(nèi)部的空隙體積，以堆積體積求的密度稱為堆積密度。用符號表示。作用：用于存?zhèn)}或灰斗的容積確定等方面。三、空隙率定義：顆粒間和內(nèi)部空隙的體積與堆積總體積之比。用符號ε表示。顆粒堆積密度與顆粒真密度之間的關(guān)系：對同一粉塵來說，堆積密度小于等于真密度。7.5氣溶膠粒子的運動顆粒的粒徑大小和種類不同，受到作用力不同，其動力學(xué)行為也不同。受力種類：外力：重力、浮力、電場力、熱泳力等。內(nèi)力：流體阻力、顆粒間相互作用力。（顆粒間作用力在濃度不高時可以忽略。）一、氣體對粒子的阻力流體阻力種類：形狀阻力：由于顆粒具有一定的形狀，運動時必須排開周圍的流體，導(dǎo)致其前面的壓力較后面大產(chǎn)生的。摩擦阻力：由于顆粒與周圍流體存在著摩擦產(chǎn)生的。流體阻力大?。簺Q定于顆粒的形狀、粒徑、表面特性、運動速度及流體的種類和性質(zhì)。流體阻力的方向：和速度向量方向相反。1.氣體對球形粒子的阻力1.氣體對球形粒子的阻力Cs和Re的關(guān)系如下圖所示：1.氣體對球形粒子的阻力2.滑移修正３.非球形粒子的修正4.豫弛時間4.豫弛時間二、重力三、浮力氣-固兩相流：由于固體的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體的密度，顆粒所受的重力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所受的浮力，因此，在研究氣-固兩相流時，可以忽略顆粒所受的浮力。氣-固兩相流：不能忽略顆粒所受的浮力。四、電場力五、熱泳力五、熱泳力五、熱泳力五、熱泳力7.6氣溶膠粒子的擴散氣溶膠粒子的擴散是由于氣體分子的隨