（安全技术及工程专业论文）自吸喷雾磁化降尘研究.pdf

保密 口，在年解密后适用本授权书。 不保密仞。 学位论文作者签名：湃冬勉 2 0 10 年6 月6 日 指导教师签名： 2 0 1 0 年6 月 fiii i iiiii 7 4 9 的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：洚冬耙 日期：2 p l d 葺她日 自吸喷雾磁化降尘研究 r e s e a r c ho nd u s tr e m o v a l t e c h n o l o g y b ys e l f - i n h a l es p r a yw i t hm a g n e t i z e df l u i d 姓 2 010 年6 月 江苏大学硕士学位论文 摘要 众所周知，粉尘污染是世界公害之一。粉尘污染对人类和环境的 影响是多方面的，如对人造成毒害和刺激，降低能见度，引起设备磨 损腐蚀，对农作物、草原、牲畜生长造成危害，对环境卫生影响突出。 现还有很多工业门类产生或受到粉尘的污染，如冶金、轻工、机械、 陶瓷、煤炭、建材、电力、石油化工以及粮食粉碎、加工等行业，虽 然经过不断的改造，采用新技术、新材料、新工艺，生产环境逐步得 到改善，粉尘危害得到了一定的控制，但其根本问题并未彻底解决。 因此，为了减轻和防止粉尘的危害，在采用现有技术的同时，不断研 究新的降尘技术，对净化环境、保护员工的身体健康，使企业实现安 全生产和持续稳定健康发展具有很强的现实意义。 本文采用理论和实验相结合的办法。在对自吸式喷雾降尘的基本 理论深入分析的基础上，包括喷雾捕尘机理、喷嘴雾化机理、自吸喷 雾雾化过程及喷雾器设计依据、喷雾器雾化特性指标以及影响除尘效 率的因素，再对自吸喷雾磁化水降尘机理进行了理论探讨，分析了纯 水的结构以及水被磁化后其物化特性的变化，磁场对流过磁场的水的 作用以及磁化水对捕尘效果和雾化性能的影响等，并对影响自吸喷雾 降尘的因素从磁化喷雾角度进行了研究。 然后进行了自吸喷雾磁化水粒子特性实验研究。在前人研究的基 础上，选择了合理的磁化方式并运用射流泵和文丘里管的基本理论， 确定了自吸喷雾磁化喷雾装置及其结构参数。通过对雾滴粒径s m d 分布的测定，得出了磁化水喷雾液滴的粒径小于普通水喷雾的粒径； 分别磁化液滴的s m d 稍大于同时磁化时的；随着水压增大，液滴的 粒径呈下降趋势，但并不与水压的变化成比例关系。由轴向速度分布 江苏大学硕士学位论文 的研究发现：液滴的粒径与其轴向速度之间存在对应的关系，即液滴 的粒径越大，则其轴向速度也越大；而且雾滴的轴向速度和粒径符合 五次多项式拟合衄线，但其参数则根据具体的条件而定。 最后对自吸喷雾磁化降尘效率进行了实验研究，主要比较了单喷 嘴喷雾与自吸式喷雾、自吸磁化喷雾与普通自吸喷雾的降尘效果。在 相同水压下，自吸式喷雾方式总粉尘降尘效率要比单喷嘴的高；自吸 磁化喷雾的降尘效果优于普通自吸喷雾；磁化位置影响喷雾降尘效 果。 本文实验结果与理论分析结果一致：磁化喷雾有利于提高喷雾的 雾化性能和降尘效率，具有一定的参考价值。 关键词：自吸喷雾，磁化，降尘效率，雾化特性，s m d p r o c e s s i n ga n do t h e ri n d u s t r i e s d e s p i t ec o n t i n u o u st r a n s f o r m a t i o n s i n c l u d i n gn e wt e c h n o l o g i e sa n dn e wm a t e r i a l sh a v eb e e nd o n e a n d p r o d u c t i o ne n v i r o n m e n th a sg r a d u a l l yi m p r o v e da n dd u s th a z a r dh a sb e e n c o n t r o l l e dt os o m ee x t e n t ，d u s tp o l l u t i o np r o b l e mh a s n o tb e e nt h o r o u g h l v r e s o l v e d s ow h i l ew ea r e u s i n gt h ee x i s t i n gt e c h n o l o g i e s ，w es h o u l d c o n s t a n t l ys t u d yn e wd u s t s e t t l i n gt e c h n o l o g yt or e d u c ea n dp r e v e n td u s t h a z a r d s i ti sp r a c t i c a l l ys i g n i f i c a n tf o re n v i r o n m e n t c l e a n u p e m p l o y e e s ， h e a l t ha n ds a f ep r o d u c t i o na n d s t e a d yd e v e l o p m e n to fe n t e r p r i s e s t h i sa r t i c l eu s e dt h em e a n sw h i c hu n i f i e st h e t h e o r ya n dt h e e x p e r i m e n t b a s e do nd e p t ha n a l y s i so ft h eb a s i ct h e o r i e so f d u s t s e t t l i n g b ys e l f - i n h a l es p r a y , i n c l u d i n gs p r a yd u s tr e m o v a lm e c h a n i s m n o z z l e a t o m i z a t i o n ，s p r a y e rd e s i g n ，s p r a ya t o m i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si n d i c a t o r s a n dd u s tr e m o v a le f f i c i e n c yf a c t o r s a n dt h e nt h e o r e t i c a l l yd is c u s s e dd u s t s u p p r e s s i o nm e c h a n i s mw i t hm a g n e t i z e dw a t e ra n ds e l f - i n h a l es p r a y , a n d a n a l y z e dt h es t r u c t u r eo fp u r ew a t e lc h a n g e so fi t sb a s i cp h y s i c a la n d c h e m i c a lp r o p e r t i e sa f t e rw a t e rm a g n e t i z e d ，e f f e c t so f m a g n e t i cf i e l dt o w a t e lt h ei m p a c to fm a g n e t i z e d w a t e ro nt h ed u s tr e m o v a la n d a t o m i z a t i o np e r f o r m a n c e w ea l s os t u d i e dt h ef a c t o r sw h i c ha f r e c td u s t s u p p r e s s i o no f s e l f - i n h a l es p r a y e rf r o mt h ep o i n to f m a g n e t i z a t i o n jh e nw ec o n d u c t e de x p e r i m e n t a lr e s e a r c h o ns p r a yp e r f o r m a n c e 江苏大学硕士学位论文 b a s e do np r e v i o u sr e s e a r c h ，w es e l e c t e dar e a s o n a b l em a g n e t i z a t i o nw a y a n dd e t e r m i n e ds p r a yd e v i c ea n di t ss t r u c t u r a lp a r a m e t e r sb yu s i n gb a s i c t h e o r i e so fj e tp u m p sa n dv e n t u r i t u b e t h r o u g hm e a s u r e m e n to fp a r t i c l e s i z ed i s t r i b u t i o n ( s m d ) ，w eo b t a i n e dt h a tm a g n e t i cd r o p l e ts i z ei ss m a l l e r t h a no r d i n a r y s p r a y ；d r o p l e t ss m dm a g n e t i z e di n d i f f e r e n tp l a c ei s s l i 曲t l yl a r g e rt h a nw h i c hm a g n e t i z e dt o g e t h e r ；a st h ep r e s s u r ei n c r e a s e s ， h e d r o p l e ts i z ed e c r e a s e s ，b u t n o ti n p r o p o r t i o n a l r e l a t i o n s w h e n a n a l y z e dt h ea x i a ld i s t r i b u t i o nv e l o c i t y , w e f o u n dt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ed r o p l e ts i z ea n di t sa x i a ld i s t r i b u t i o nv e l o c i t y , i tm e e t sf i v e t i m e sp o l y n o m i a lf i t t i n gc u r v e ，b u ti t sp a r a m e t e r si su n d e rs p e c i f i c c o n d i t i o n s f i n a l l y , d u s ts u p p r e s s i o ne f f i c i e n c yb ym a g n e t i z e d w a t e ra n d s e l f - i n h a l es p r a yw e r es t u d i e d m a i n l yc o m p a r e ds i n g l e - n o z z l es p r a yw i t h s e l f - i n h a l es p r a y , a n dc o m p a r e ds e l f - i n h a l e s p r a y w i t h m a g n e t i z e d s e l f - i n h a l es p r a y w ec o n c l u d e dt h a tu n d e rt h es a m ep r e s s u r e ，o v e r a l l d u s t - s e t t l i n ge f f i c i e n c y o fs e l f - i n h a l e s p r a y i s h i g h e rt h a n t h a to f s i n g l e - n o z z l es p r a y ；d u s t - - s e t t l i n gr e s u l to fm a g n e t i z e ds e l f - i n h a l es p r a y i s b e t t e rt h a nt h a to fo r d i n a r ys e l f - i n h a l es p r a y ；d i f f e r e n tl o c a t i o no f m a g n e t si m p a c td u s t - s e t t l i n gr e s u l t i nt h i sa r t i c l e ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ec o n s i s t e n tw i t ht h e t h e o r e t i c a l a n a l y s i s ：m a g n e t i cs p r a yh e l p s t o i m p r o v e a t o m i z a t i o n p e r f o r m a n c ea n de f f i c i e n c yo f d u s ts u p p r e s s i o n ，i th a sr e f e r e n c ev a l u e k e yw o r d s ：s e l f - i n h a l es p r a y , m a g n e t i z a t i o n ，d u s tr e m o v a lr a t e ， a t o m i z a t i o np e r f o r m a n c e ，s m d i v 江苏大学硕士学位论文 目录 一章绪论1 1 1 国内外研究现状及进展1 1 1 1 国内外湿式降尘技术研究现状1 1 1 2 磁化水的研究现状及进展3 1 2 论文研究的背景及意义5 1 3 论文研究的主要内容与技术路线5 二章自吸喷雾降尘基本理论7 2 1 喷嘴雾化机理7 2 1 1 初次雾化8 2 1 2 再次雾化9 2 2 自吸喷雾雾化机理1 1 2 2 1 一次雾化12 2 2 2 二次雾化13 2 3 自吸喷雾降尘机理1 5 2 3 1 惯性碰撞17 2 3 2 截留18 2 3 3 扩散18 2 3 4 凝聚一1 9 2 4 喷雾器雾化性能1 9 2 5 影响喷雾器降尘效率的指标2 1 2 6 本章小结2 4 第三章自吸喷雾磁化降尘机理分析2 5 3 1 磁化水降尘机理2 5 3 1 1 水分子及液态水特性2 5 3 1 2 磁化水的特性一2 5 3 1 3 磁化水对雾化性能的影响2 7 3 1 4 磁化水对捕尘效果的影响2 8 3 2 自吸喷雾磁化降尘机理2 9 v 江苏大学硕士学位论文 3 2 1 自吸喷雾磁化降尘装置结构及工作原理2 9 3 2 2 磁场对流过磁场的喷雾体作用原理3 0 3 2 3 自吸喷雾磁化提高降尘效果作用原理3 2 3 3 影响自吸喷雾磁化降尘的因素分析3 3 3 3 1 喷雾流方向与流速3 4 3 3 2 磁场强度3 4 3 3 3 磁化方式3 4 3 3 4 捕尘体形式3 5 3 3 5 可溶性杂质3 5 3 4 本章小结3 5 第四章自吸喷雾磁化水粒子特性实验研究3 7 4 1 实验用自吸喷雾磁化装置的设计3 7 4 1 1 实验用自吸喷雾磁化装置组成3 7 4 1 2 磁化结构方式的选取3 7 4 1 3 集风器结构确定3 8 4 1 4 喷嘴结构尺寸的确定3 9 4 1 5 文氏吸风管结构参数的确定4 0 4 2 喷雾p d p a 测量系统4 0 4 2 1 相位多普勒粒子分析仪p d p a 测量原理4 l 4 2 2 本文使用的喷雾p d p a 测量系统简介4 2 4 3 实验方案设计及p d p a 测量方法4 3 4 3 1 喷雾特性实验装置4 3 4 3 2 实验步骤与测点布置4 5 4 4 自吸喷雾与自吸喷雾磁化p d p a 实验结果与分析4 6 4 4 1 索太尔平均直径( s m d ) 的实验结果及分析4 7 4 4 2 轴向速度分布实验结果及分析5 0 4 4 3 雾滴的粒径和轴向速度关系分析5 l 4 5 本章小结5 3 第五章自吸喷雾磁化降尘实验研究5 5 5 1 实验系统及设备5 5 v l 参考文献6 4 致谢6 1 附录( 攻读硕士学位期间发表的论文) 6 8 v i l 江苏大学硕士学位论文 v i l i 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 国内外研究现状及进展 1 1 1 国内外湿式降尘技术研究现状 通常采用的降尘方式可归纳为两大类：干法降尘与湿法降尘。干法降尘是采 用集尘器收集粉尘，对于收集到的含尘气流采用如重力沉降、静电吸附、活性碳 吸附等的处理方式，降尘效率很高。但正因为干式降尘大多采用集尘方式工作， 且只能应用于特定环境中，其应用受到很大的限制。湿式降尘的工作介质大多采 用水雾。目前国内外对湿式降尘的研究与应用也比较多，将电、磁、声等领域的 新技术以及化学方法引入喷雾降尘的研究，出现了许多高效、先进的喷雾降尘技 术，如荷电喷雾降尘技术、磁化水降尘技术、声波雾化降尘技术和超声雾化以及 泡沫降尘技术。 以电介喷嘴为主要元件的荷电喷雾降尘技术是一门正在兴起的具有较大应 用前途的降尘技术。其原理是【1 1 ，水在高速通过电介喷嘴时，由于摩擦而产生带 负电的雾滴。利用降尘空间中大量分布的荷电液滴作为捕尘体，缩短了粉尘与捕 尘体之间的距离，达到有效降尘的目的。而且由于大部分粉尘( 特别是微细粉尘) 也带有电荷，通过水雾对带正电粉尘的静电吸引力和不带电尘粒的镜象吸引力而 提高水雾对粉尘的降尘效率。该技术在国外已应用于现场，并取得了较好的效果。 前苏联用该技术使降尘效率比普通喷雾提高1 3 1 2 2 】；美国用外加电源对水雾 荷电，在非瓦斯矿井使用时，降尘效率提高1 0 倍以上。 磁化水降尘技术是改善的喷雾降尘法，用物理的方法改变水的性质，使水的 雾化能力增大，从而提高捕尘能力。在外加磁场以及分子力的相互作用下，水分 子的氢键断裂，其粘性和表面张力下降。与此同时，水中的杂质在流经磁场时也 会被磁化。其中含电解质的离子磁化后产生的附加磁场的方向与外磁场方向相 同，而非电解质的分子产生的附加磁场的方向与外磁场方向相反，这些磁力的相 互作用最终促使水分子的内聚力下降，从而不同程度地改变了水的基本结构。由 于粘度、表面张力降低，吸附、渗透能力增强，致使雾化程度得到改善，提高了 捕捉粉尘的机率。目前该技术己在河北邢台矿业集团得到使用，所采用的r m t 江苏大学硕士学位论文 共振型磁场降尘装置是由种y 3 0 锶铁氧体环型磁体经过特定的排列组合制成 的【3 1 。从实际降尘效果来看对总粉尘的降尘效率比清水提高1 4 7 ，对呼吸性粉 尘降尘率比清水提高1 4 。 声波雾化降尘技术f 4 】是利用声波凝聚、空气雾化的原理，从提高尘粒与尘粒、 雾粒与尘粒的凝聚效率以及雾化程度来提高降尘效率。产生声能的声波发生器是 该项技术的关键。该项技术所研制的声波雾化喷嘴具有雾化效果好，耗水量低， 雾粒密度大的特点。同时，产生的高频高能声波可以使已经雾化的雾粒二次雾化、 减小雾粒直径，提高雾粒与尘粒的凝并效果。声波雾化降尘对总粉尘的降尘率可 达9 0 以上，呼吸性粉尘降尘率达8 0 以上。其缺点是声波雾化喷嘴产生的声波 频率在可听范围内，声压级高，噪音较大；此外，雾粒变小易受环境风流影响， 寿命也短。 超声雾化降尘技术是囤际上八十年代发展起来的新型降尘技术【5 】。其原理是 应用压缩空气冲击共振腔产生超声波，超声波把水雾化成超细的水滴，其粒径只 有1 - - 5 0 u m 。与空气接触面积大，蒸发率高能使含尘区水蒸汽迅速达到饱和，不 仅能满足改善粉尘湿润性所需要的条件，还能通过云物理学、空气动力学、斯蒂 芬流的输送等多种机理捕集粉尘。这种方法不用把含尘气流抽出后再加以处理， 雾滴在局部密闭的产尘点内捕获、凝聚微细粉尘，使粉尘迅速沉降下来实现就地 降尘，避免了使用干式除尘器带来的问题以及清灰工作带来的二次污染。同时， 由于雾滴微细，耗水量很少，被称为超声干雾捕尘，避免了喷雾水量过大的弊病。 泡沫降尘是一种新型的降尘技术，如美国、前苏联、西德及东欧等国家为提 高呼吸性粉尘的降尘效率，从7 0 年代起开始集中研究泡沫降尘剂。泡沫降尘剂是 利用表面剂的特点，使泡沫剂和水一起按一定比例混合，通过发泡剂产生大量高 倍数泡沫喷洒到尘源或含尘空气中，形成大量的泡沫粒子群，其总体积和总面积 很大，从而大大增加雾液与尘粒的接触面和相互接触，提高了降尘效率。其降尘 效率一般可高达9 0 以上，对呼吸性粉尘也可达到8 5 以上【6 l 。该技术从2 0 世纪 5 0 年代问世以来，英国最先丌展了这方面的研究，继后在美、前苏联、原西德、 同本、波兰等国生产中得到了广泛应用。如前苏联研制的j i o 1 、j i c p a c 型泡沫 剂，降尘效率达到9 5 9 9 ；美国矿业局研制出压气泡沫除尘系统，在煤矿长 壁工作面进行试验，除尘效率达到9 0 9 9 ，耗水量却只有喷雾降尘的1 5 1 1 0 。根据不同的尘源要求，各国还研究出不同型号的泡沫除尘配套系列设备【_ 7 1 。 2 江苏大学硕士学位论文 1 2 磁化水的研究现状及进展 磁现象是一种普遍存在的物理现象，而磁性存在于一切物质中，并与物质的 学成分、结构密切联系，在磁场中任何物质都将不同程度受到磁场作用的影响， 导致物质某些理化性质的改变。随着科学技术的发展，人类对磁现象的认识日 深入，对磁现象的研究和利用也愈加广泛。如今，磁化技术已在化工、环保、 山、冶金、建材、农业以及生物技术和医疗卫生等方面得到了广泛应用，并取 了一定的成果。 国内外许多研究表明，磁化水在降尘方面效果显著。前苏联最早进行了磁化 抑尘实验，列宁矿山和十月矿山早在上世纪7 0 年代就已进行磁化水和常水降尘 的对比实验，其平均降尘率提高8 1 5 2 1 0 8 t 8 1 。原苏联南方采选破碎厂，用磁 化水代替普通水喷雾，使工作区粉尘浓度降低17 ；德国在烧结厂和焦化厂，用 磁化水代替普通水喷雾，使工作区粉尘浓度降低约5 0 【9 1 。我国也己从上世纪8 0 年代开始了磁化水的降尘研究，并已研制了t f l 型、尘敌型、r m j 型系列磁化水 喷嘴或磁化器，并取得了一定的降尘效果【1 0 , 1 1 】。近年来，与磁化降尘的相关研究 不断发展，主要集中在四个方面： ( 1 ) 水系的物化性质的研究 大量文献表明，磁场可以在某种程度上改变水及其溶液的部分物理化学性 质，如电导率、表面张力、p h 值等，水系磁处理后物理化学性质的变化是许多 实际应用的基础。应该指出，对理想的纯水还没有进行过研究。实验所用的是蒸 馏水、工业用水、合成溶液和悬浮液等。 j o s h ik a n m a t ( 1 9 6 6 ) 采用永磁体，研究了三重蒸馏水p h 、表面张力、介电常 数的改变【1 2 l ，发现p h 值和表面张力会随磁场强度的增大显示出饱和趋势，磁场 强度的变化对介电常数影响不大；v i s w a t ，h e r m a n ( 1 9 8 5 ) 报道了外加磁场强度的 增强，水和n a c l 水溶液的粘度会升高f b 】。b o l e s l a w ，g o n e t ( 1 9 8 5 ) 进行了磁场对三 重蒸馏水的介电常数、p h 、表面张力的影响f h 】，认为磁场对水的性质没有影响； 湖南大学的朱元保( 1 9 9 9 ) 等通过对磁化水进行一系列的物理化学测定提出了在 水分子极性不断加强及水合正、负离子做相反方向旋转运动作用下，水分子间的 氢键发生畸变，甚至断裂，从而使水分子得到活化f 1 5 1 ；北京大学的谢文惠等( 1 9 9 3 ) 则指出单分子水的性质比集团中的水分子活泼得多，它能充分显示它的偶极子特 江苏大学硕士学位论文 性【1 6 l 。 ( 2 ) 水与湿润剂的配合使用 湿润剂的研究起始于2 0 世纪6 0 年代，我国是从8 0 年代初才开始推广湿润剂 的。湿润剂一般由表面活性剂和相关助剂复配而成。表面活性剂是由极性的亲水 基和非极性的憎水基( 或称亲油基) 两部分组成的化合物【4 】常用助剂有n a 2 s 0 4 、 n a c l 等无机盐类。往磁化水中加入表面活性剂后，表面活性剂分子亲水基和亲油 基对水分子的引力不同，会在水液表面上形成亲油基向外，亲水基向内的紧密定 向排列层，即界面吸附层，此结构有利于对非极性粉尘发生吸附。安燕等发现使 用十二烷基磺酸钠配制的磁化水的表面张力比磁化蒸馏水的表面张力有显著下 降【1 7 1 ，这样更容易对微粒( 包括粉尘) 形成包裹作用，提高降尘效果。 ( 3 ) 磁化水的其它物化性能研究 磁化水能治疗肾结石及胆结石等【1 8 1 ；磁处理工业水先驱t h e ov e r m e i r e n 在仔 细研究磁场对碳酸钙三种晶体结晶过程的影响时发现，经磁场处理后，方解石有 转变成文石的趋势1 9 】；刘有昌等对磁化水的抑垢机理进行了研列2 0 1 ，说明磁化 水有抑垢效果；苏联帕特罗夫斯基报导磁处理时，在水中出现数量不大的过氧化 氢【2 1 】；磁化水对机械加工乳化液的防腐已有成功实例【2 2 1 ，说明磁化水有杀菌作 用；c h i b a ( 1 9 9 4 ) 发现在流动的电解质溶液中，存在外磁场时铝的腐蚀率下降， 且随磁场强度增加，缓蚀率增加【2 3 1 ；k e l l y ( 1 9 7 7 ) 报道了活性钛的腐蚀因磁场作 用而加强了【2 4 】；吴向洋等发现油田回注水经磁处理后使油田钻头的腐蚀基本被抑 制【2 5 】，说明磁化水有防腐蚀作用。 ( 4 ) 磁流体的研究 磁流体的理论和应用是目前引人注目的研究领域，同时也开辟了磁化水降尘 的新思路。所谓的磁流体即是一种将强磁性超微粒子分散到液相中所得到的非常 稳定且带有磁性的胶态溶液，也称作磁流变液。磁流变液在稳定磁场下其热传导 系数可提高7 0 ，而在旋转磁场下可提高15 倍【2 6 】，且在磁场作用下有较高磁导率， 可产生较大磁偶极矩，在磁场消失后剩磁力迅速消失。如使用磁流体对带磁性 的粉尘进行处理，由于磁流体中含有磁性粒子，即增加了磁场强度和粉尘与磁场 的接触面积，可以预计处理效果会比单纯磁化水的处理效果好，且由于磁流体在 磁场中的传热效果好，除尘器的出口烟气温度低。如处理带磁性的金属粉尘，由 于磁流体离开磁场后迅速脱磁，会属粉尘也随即脱附，则磁流体可重复使用，金 4 当前，在粉尘防治工作中，国内外已有的喷雾降尘方法和降尘设备确实起到 降低粉尘的作用，但存在的问题是降尘效率不高。据调查总粉尘降尘效率只有 5 0 - 6 0 ，呼吸尘的降尘效率仅为2 0 3 0 。磁化降尘是在已有的喷雾降尘技术 的基础上，使喷雾液体在喷出前磁化的改进湿式降尘方法。磁化降尘技术已有悠 久的应用历史，它具有结构简单、运行费用低、适用范围广等优点，其有更好的 降尘效果的事实也不断得到证实。因此，对磁化降尘相关方面进行研究，具有十 分重要的意义。 1 3 论文研究的主要内容与技术路线 本文采用的自吸喷雾磁化降尘系统是在传统的喷雾降尘系统的基础上使水 磁化，它主要由集风器、喷嘴、文丘里管和永磁铁组成。其中，喷雾器的设计参 照射流泵和文丘罩管的一些设计理论，收缩角采用射流泵的设计参数，喉管长和 直径的比例、喉嘴距和扩散角采用文丘罩的一些设计参数。具体研究内容主要包 括： ( 1 ) 自吸式旋转喷雾除尘的基本理论分析研究，包括喷雾捕尘机理、喷嘴雾化 机理，自吸旋转喷雾的雾化过程及喷雾器设计依据，喷雾器雾化特性指标，以及 影响除尘效率的因素。影响降尘效率的因素主要有：雾滴的粒径、雾化粒度及流 江苏大学硕士学位论文 量密度的均匀性、喷雾作用范围和粉尘与液体捕集体的相对速度以及供水压力和 喷嘴型式，水质和喷雾器安装位置及喷雾方向也会影响除尘效果。 ( 2 ) 自吸喷雾磁化水降尘机理的理论探讨，分析了纯水的结构以及水被磁化后 其基本理化特性的变化，磁场对流过磁场的水的作用以及磁化水对捕尘效果和雾 化性能的影响等，对影响自吸喷雾磁化降尘的因素也进行了探讨。 ( 3 ) 对自吸喷雾磁化降尘进行实验研究，这包括两方面的内容：喷雾粒子特 性实验研究，对整个自吸喷雾磁化装黄进行了设计，包括永磁磁化方式的选择、 喷雾装置主体结构及参数的确定，喷嘴结构尺寸的确定；这部分主要是测量磁化 前后喷雾粒子特性的变化，包括雾滴的粒径和速度两个参数，并对其进行分析， 数据的处理采用了c u r v ee x p e r t 软件进行处理。自吸喷雾磁化降尘效率实验， 主要采用对比分析的方法研究单喷嘴、自吸喷雾和自吸喷雾磁化等各种情况喷雾 的除尘效率，并对出现除尘效果的不同进行了原因分析。 6 江苏大学硕士学位论文 第二章自吸喷雾降尘基本理论 1 喷嘴雾化机理 雾化是将液体通过喷嘴喷射到气体介质中，使之分散并破碎成小颗粒液滴的 理过程。雾化过程中液体的总表面积得到显著的提高，从而使液滴与气体介质 间的传热传质过程大为增强。根据能量守恒原理，在液体雾化破碎过程中有： e = e s + e k + e l( 2 1 ) 式( 2 1 ) 中，e s 表示液体的表面能，其主要用于喷雾过程中液体破碎成液滴 服表面张力做功所需要的能量；e k 表示液体的动能，其主要用于喷雾过程中 液滴的速度变化；e l 表示能量的损失，其主要构成是液体在喷嘴内部流动的摩 擦损失。由以上讨论知，只有e s 在喷雾过程对液体的破碎做正功，因此可以定 义如下的喷雾效率： f r = 兰 ( 2 2 ) e 喷雾效率r l 主要取决于喷嘴的类型、液体物理属性以及喷雾过程所形成的液 滴尺寸分布。实际应用中许多喷嘴效率在o 1 这个量级上，压力喷嘴的是所有 喷嘴效率最高的，其最高可达5 。 液体喷射与雾化过程的理论分析与实验研究，通常采用一些无量纲参数进行 表达和简化。其中最为重要的几个无量纲参数如下： m ：堕( 2 3 ) p l n ：丝 社t 三：垡 p | 弘； r e ，：p l p l d l w e i = = p , u 2 d l ( 2 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) ( 2 7 ) 江苏大学硕士学位论文 w e g ：2 1 竺型21 1 ( 2 8 ) o h = 4 w e _ _ ! ：坠 ( 2 9 ) r e f _ p f 甜| 根据以上所述及公式( 2 1 ) 一( 2 9 ) 知，为了达到实际应用目的，通常需考虑液 体本身的物理属性、周围气体介质属性、以及所需达到的液滴尺寸分布范围和喷 雾形状来选择所需喷嘴的类型。 2 1 1 初次雾化 对于喷嘴在静止空气中的喷雾，在不同的喷射压力条件下，液体通过圆形喷 孔后呈现出几种喷雾空间形态。根据液体的欧尼索数o h 和雷诺数r e l 的不同， 其可分为如图2 1 所示的四种形态。 囹2 1 喷雾一次雾化模式n 7 1 f i g 2 1p r i m a r yf r a g m e n t a t i o nm o d e so fa t o m i z a t i o n 1 ) 在低r e l 数情况下，液体由于表面张力的作用，撕裂成几何形态几乎完全 相似的液滴。这一区域又称r a y l e i g h 区。如图2 1 中1 所示。 2 ) 随着r e l 数增大，液体因受空气动力作用破碎形成更多的液滴。空气动力 作用导致在气液交界面上形成对称的( 如图2 1 中2 所示一次风导致模式) 和不对 称的( 如图2 1 中3 所示二次风导致模式) 波增长，从而导致圆射流液体的破碎。 这两个液体破碎区域又称空气动力模式作用区域。 一嚣卫s礓差p)j。qc舌2芒o 江苏大学硕士学位论文 3 ) 当r e i 进一步增大时，液体离开喷孔就会雾化成大量细小的液滴。这一 区域又称完全雾化区，如图2 1 中4 所示。 对于从r a y l e i g h 区域过渡到空气动力模式作用区域，可以依式( 2 1 0 ) 予以区 分。 w e t ：等等 ( 2 1 0 ) r e p 从空气动力模式作用区域过渡到雾化模式依式( 2 1 1 ) 加以标识。 = 警 ( 2 整个过程的变化的具体参数可参见图2 1 分隔线所示。 2 1 2 再次雾化 再次雾化为喷雾中的液片、液线、大直径液滴颗粒发生进一步的破碎，从而 形成大量液滴尺寸分布呈一定范围的物理过程。在周围气体介质作用下，单颗液 滴的破碎主要受气一液相速度差、湍流结构等因素的影响。在喷雾形成过程中， 当液滴与周围气体介质之间的速度差很大时，这个速度差往往就是导致液滴二次 雾化的最主要原因。如果液滴与周围气体介质之间的速度差较小时，液滴往往容 易保持稳定状态而不易破碎。当液滴受到因气一液相速度差产生的空气动力大于 其表面张力时，液滴将会变形继而发生破碎。液滴是否发生进一步破碎的标准是 根据周围气体介质的液滴空气动力韦伯数w e g 判定，如式( 2 8 ) 。如果液滴空气 动力韦伯数w e g 超过临界韦伯数w e c ，液滴将发生进一步破碎；然而，表面张力 对于液滴的破碎具有抑制作用，并且当液体的粘度增大时可抑制不稳定的空气动 力扰动。粘度对液滴破碎的影响体现在欧尼索数o h 中，如式( 2 9 ) 。当欧尼索数 o h 0 1 时，粘度的影响可以忽略不计1 2 8 。根据前人研究者h s i a n g 2 9 1 、 b e n h o m i e u 【3 0 】、c h o u 3 、d a i t 3 2 1 、s a l l 锄【3 3 】对于液滴破碎研究的贡献，可得临界 韦伯数w e c 与欧尼索数o h 之间有如下关系式： w p c ：j 常鬻 o 1 对于粘度较