《含尘气流中粉尘—泡沫间相互作用的理论研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《含尘气流中粉尘—泡沫间相互作用的理论研究.doc（7页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、精品论文含尘气流中粉尘泡沫间相互作用的理论研究王兵兵 1，2，任万兴 1，2，巫斌伟 1，2，黄本斌 1，21 中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州(221008)2 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州（221008)E-mail: 摘要：泡沫除尘和其他除尘方法相比，具有除尘小率高、用水量少等优点，为了分析泡沫除尘机理，针对泡沫与粉尘的碰撞过程，以单个颗粒体为基础，提出截留、惯性碰撞、扩散、 粘附等作用在这一过程中起主导作用。此外，运用流体力学知识，对上述各作用进行了理论 分析，这些分析可用于泡沫除尘效率的理论分析与计算中，并得出提高单颗泡沫的捕尘效率 及泡沫密度是提高总的捕尘效率的有效
2、途径之一，这对煤矿粉尘的防治工作具有重要的指导 意义。关键词：泡沫除尘，截留，惯性碰撞，扩散，粘附泡沫除尘就是由泡沫剂和水一起按一定比例混合，通过发泡器产生大量泡沫喷洒到尘源 上或空气中，形成大量的泡沫粒子群，其总体积和总面积很大，从而大大增加与尘粒的接触 面和附着力，提高了除尘效果。矿尘在液膜中水分液桥力的作用下，由小颗粒聚集成大颗粒， 最终随破裂的泡沫液滴一起沉降下来1。泡沫之所以能捕集空气中飞扬的粉尘，主要是粉尘与泡沫间的截留、惯性碰撞、扩散、 黏附等多种相互作用的结果，如图 1 所示。本文将以单个泡沫与粉尘颗粒为基础，就各个机理的理论模型进行分析，提出提高泡沫除尘效率的有效途径。- 7
3、 -1 截留效应图1 泡沫除尘的机理Fig.1 Mechanism of froth aspirating截留机理认为：粒子有大小而无质量或粒径小于 5 m时，当流动的气体对着泡沫流动时，气流将在泡沫的上游折转而绕泡沫流过。如果在某一流线上的粒子中心正好使 d p / 2能接触到泡沫，则该粒子被截留，如图 2 所示。此流线以下范围为 b，大小同为 d p 的所有 粒子均被截留。于是，这条流线是距泡沫最远处能被截留粒子的运动轨迹，即极限轨迹。图 2 截留效应Fig.2 Function of interception设泡沫直径为 D f = 2a 的球体，对于绕球体的势流，Ranz2给出的对势流
4、下绕球体的截 留效率为：2d P D fd pR =令2a= d pD f R = 1 + Df 为拦截参数，D f + d p21（1） R = (1 + R) 而式（1）中 R 应满足 0 R 1，于是有：1 + R（2）0 d p 0.3247D f在实际问题的分析中 d p 0.3 时，球体的惯性碰撞效率经验式为：2 =Stk3 扩散效应I(Stk+ 0.25)2（5）微细尘粒（ d p 1 m ），特别是直径小于 0.1m 的粉尘，在气流中受到气体分子的撞击后，并不均衡地跟随流线，而是在气体中作布朗运动。由于这种不规则的热运动，在紧靠泡沫附近，微细尘粒可能与泡沫相碰撞而被捕集，称为扩
5、散效应（如图 5 所示）。气体流线粉尘颗粒的初始 流线(非截流)由于 Brown 运动 的粉尘颗粒轨迹中心线泡沫图 5 扩散捕集Fig.5 Dust catching by diffusing粉尘粒子向泡沫扩散过程十分复杂，其扩散率通常是泡沫绕流雷诺数 Re D 和粒子贝克莱特（Peclet）数 Pe 的函数。对于 d p 1 m 粒子的布朗扩散，由斯托克斯爱因斯坦公式给出：D = k B TCu式中kB 波耳兹曼常数， kBD扩散系数，m2 / s3d p=1.3810-23 J / K；（6）Cu Cunningham 修正系数，其表达式为：Cu = 1 + 21.257 + 0.4 ex
6、p 1.1d p d p2 （7）式中 气体分子平均自由程， m 。不同粒径的扩散系数 D 如表 1 所示：表 1 扩散系数表5Table 1 Coefficient of diffusing粒径（m）D（cm2/s）102.410-812.710-70.16.110-60.014.010-40.0013.810-2对于球体尘粒的扩散效率，在 Re D 1，Pe1cm/s）的情况下，作用的除尘 机理主要是截留和碰撞效应；在粒径小于 10 m 的粉尘，其主要的除尘机理是扩散效应；而在除尘机理中黏附效应伴随泡沫除尘的全过程。在泡沫除尘过程中不是单单由某一个除尘机理作用的结果，尽管有时是某个除尘机理
7、起主要作用，但是整个除尘过程由两个或多个除尘 机理共同作用，共同来完成的。参考文献1 蒋仲安.间断连续运输通风除尘技术的研究与应用D.北京科技大学博士后士学位论 文.1996，7.2 Ranz, William E. Wall Flows in a Cyclone Separator: A Description of Internal Phenomena J.Aerosol Science and Technology, 1985, p 417-4323 Pich J. Fundamentals of aerosol science. Sgaw D.T.ED. New York. 19784
8、 吴琨. 荷电水雾振弦栅除尘机理与性能研究D. 北京化工大学硕士研究生学位论文.20045 陈明绍, 吴光兴, 张大中, 卢慎敏, 王长根编. 除尘技术的基本理论与应用M, 第一版.北京:中国建筑工业出版社, 19816 谭天祐, 梁凤珍编.工业通风除尘技术M, 第一版.北京:中国建筑工业出版社,19847F P Boweden and D Tabor. The Friction and Lubrication of Solids Clarendon Prss M, Oxford, 19508M Corn. The Adhesion of Solid Particles to Solid Su
9、rfaces J. Air Pollute. Contr. Ass. 11:566(1961)9Rao C S. Environmental pollution control engineering M. John Wiley&Sons.1991Theoretical Researches on foam-dust interactions in the dust-containing air fow Wang Bingbing1,2 ,Ren Wanxing1,2 ,Wu Binwei1,2，Huang Benbin1,21School of Safety Engineering, CUM
10、T, Xuzhou, China (221008)2 State Key Laboratory of Coal Resources & Safe Mining, CUMT, Xuzhou 221008（China)AbstractCompared to other ways of dedusting, foam-dedusting has many merits, such as the efficiency is high and water comsumption is low, ect. In order to analyze the mechanism of foam dedustin
11、g, on the basisof single particle, the theory that interception, inertial impaction, diffusing, and adsorption dominant in the process of the collision between the foam and dust is proposed.Besides, this paper carries out atheoretical analysis based on hydromechanics theory, which can be applied in
12、the calculation of theefficiency of the dust collection, and according to this, a conclusion that increasing the single foam dedusting efficency and foam density are the efficient pathes to increase the overall collection efficiency, which will be benefit to the dustproof jobs in coal mines.Keywords: foam-dedusting, interception, inertial impaction, diffusing, adsorption作者简介：王兵兵（1986 ），男，山东枣庄人，硕士研究生，主要从事煤矿粉尘防治等方 面的研究。