大气仿真实验指导书

1、一 旋风除尘器性能实验一 实验目的通过本实验掌握旋风除尘器性能测定的主要内容和方法，并且对影响旋风除尘器性能的主要因素有较全面的了解。1 管道中各点流速和气体流量的测定2 旋风除尘器的压力损失和阻力系数的测定3 旋风除尘器的除尘效率的测定二 实验原理旋风除尘器是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。它具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点。1 旋风除尘器内气流与尘粒的运动含尘气流进入除尘器后，沿外壁由上向下作旋转运动，同时有少量气体沿径向运动到中心区域。当旋转气流的大部分到达锥体底部后，转而向上沿轴心旋转，最后经排除管排出。通常将旋转向下的外圈气流称为外涡旋，旋转向上的的中心气流称

2、为内涡旋，两者的旋转方向是相同的。通常把内外涡旋气体的运动分为三个速度分量：切向速度、径向速度和轴向速度。（1）切向速度是决定气流速度大小的主要速度分量，也是决定质点离心力大小的主要因素。根据“涡流”定律，外涡旋的切向速度反比于旋转半径的次方，即，此处，常称为涡流指数。内涡旋的切向速度正比于旋转半径，比例常数等于气流的旋转速度，即。（2）旋转气流的径向速度，因内外旋流性质不同，其矢量方向不同。根据测量结果可以近似的认为外涡旋气流均匀地经过内、外涡旋交界圆柱面进入内涡旋，即近似地认为气流通过这个圆柱面时的平均速度就是外涡旋气流的平均径向速度，即，式中为旋风除尘器处理气量，和分别为交界圆柱面的半径

3、和高度。（3）关于轴向速度，与径向速度类似，视内、外涡旋而定。外涡旋的轴向速度向下，内涡旋的轴向速度向上。在内涡旋，随着气流逐渐上升，轴向速度不断增大，在排除管底部达到最大值。2 旋风除尘器的压力损失在评价旋风除尘器设计和性能时的一个重要指标是气流通过旋风器时的压力损失，旋风除尘器的压力损失与其结构和运行条件等有关。实验表明，旋风除尘器的压力损失一般与气体入口速度的平方成正比，即，式中为气体的密度，为气体入口速度，为局部阻力系数。3 旋风除尘器的除尘效率在旋风除尘器内，粒子的沉降主要取决于离心力和向心运动气流作用于尘粒上的阻力。在内外涡旋界面上，如果，粒子在离心力推动下移向外壁而被捕集；如果，

4、粒子在向心气流的带动下进入内涡旋，最后由排出管排出；如果，作用在尘粒上的外力之和等于零，粒子有50%的机会被去除。此时的粒径即为除尘器的分割直径，用表示。，式中为交界面处气流的切向速度，为尘粒的真密度，为尘粒的粘度。当确定后，则可以得到计算其他粒子的分级效率的公式。4 影响旋风除尘器效率的因素影响旋风除尘器效率的因素有二次效应、比例尺寸、烟尘的物理性质和操作变量。三 实验公式1气体温度和含湿量的测定 式中为饱和水蒸气压力；为当地大气压力2 管道中各点气流流速的测定 式中为皮托管的校正系数；为各点的动压；为测定断面上气流的密度。3 管道中气体流量的测定 式中为流量系数4 旋风除尘器压力损失和阻力

5、系数的测定 式中为旋风除尘器进口风速5 除尘系统中气体含尘浓度的计算（1）旋风除尘器入口前气体含尘浓度的计算（2）旋风除尘器出口后气体含尘浓度的计算式中，为旋风除尘器进出口的气体含尘浓度；，为发尘量和收尘量；，为旋风除尘器进出口的气体量；为发尘时间6 除尘效率的测定与计算7 实验参数大气温度：20 ；大气相对湿度：20 %；大气压力：101325 Pa；饱和水蒸气压力：2318.6 Pa；空气的粘度：1.83×10-5 Pa·s；管间阻力系数：0.5；微压计倾斜角系数：0.38；直管长度：2 m；均流管的流量系数：0.5；风管横截面积：1.77×10-2 m2；皮

6、托管校正系数：1.0；除尘器进口面积：1.77×10-2 m2。四 实验设备如图，本实验的主要设备有旋风除尘器和离心风机。倾斜式微压计用来测定各点气流的动压和静压，U型管则是用来测定旋风除尘器两端的压降。五 实验操作1 请先登陆进入实验后，会出现“登录”对话框，如下图所示请认真填写班级、姓名、学号三项内容，这三项内容将被记录到实验报告文件当中。2 除尘器处理风量测定实验点击电动机的电源开关，启动电动机。通过点击主界面上的风量调节阀，打开流量调节窗口。在阀门开度栏中填入需要的阀门开度，或者点击上、下两个按钮，增大或者减小开度，然后在阀门窗体上点击鼠标右键或者窗体右上角的关闭按钮关闭窗体

7、（注意：用窗体右上角的关闭按钮关闭窗体时，在开度栏中填入阀门开度将不被采用）。这时将有气流在管道中流动，待气流稳定后，可以用倾斜式微压计读取管道的静压值。通过点击主界面上的倾斜式微压计，打开倾斜式微压计窗口。在读数之前，请先在主界面选择读取的压力值是静压值，还是动压值。点击主界面下部的自动记录按钮自动记录数据，或者手动填入数据记录表格，然后通过调节风量调节阀来改变风量的大小，测量多组数据。点击主界面左侧的数据处理，可以进入实验报告部分，通过自动或手动添入数据进行计算。在实验报告部分，可以通过点击保存键对实验数据进行保存；可以通过点击加载键对实验数据进行加载；可以通过点击报表键，对实验数据进行打

8、印。3 除尘器阻力测定实验点击电动机的电源开关，启动电动机。通过点击主界面上的风量调节阀，打开流量调节窗口。在阀门开度栏中填入需要的阀门开度，或者点击上、下两个按钮，增大或者减小开度，然后在阀门窗体上点击鼠标右键或者窗体右上角的关闭按钮关闭窗体（注意：用窗体右上角的关闭按钮关闭窗体时，在开度栏中填入阀门开度将不被采用）。这时将有气流在管道中流动，待气流稳定后，可以用倾斜式微压计和U型压差计分别读取管道的静压值、动压值和压损。通过点击主界面上的倾斜式微压计，打开倾斜式微压计窗口。在读数之前，请先在主界面选择读取的压力值是静压值，还是动压值。通过点击主界面上的U型压差计，打开U型压差计窗口。点击主

9、界面下部的自动记录按钮自动记录数据，或者手动填入数据记录表格，然后通过调节风量调节阀来改变风量的大小，测量多组数据。点击主界面左侧的数据处理，可以进入实验报告部分，通过自动或手动添入数据进行计算。4 除尘器效率测定实验点击电动机的电源开关，启动电动机。通过点击主界面上的风量调节阀，打开流量调节窗口。在阀门开度栏中填入需要的阀门开度，或者点击上、下两个按钮，增大或者减小开度，然后在阀门窗体上点击鼠标右键或者窗体右上角的关闭按钮关闭窗体（注意：用窗体右上角的关闭按钮关闭窗体时，在开度栏中填入阀门开度将不被采用）。这时将有气流在管道中流动。通过在主界面中的发尘量栏中填入需要的发尘量，或者点击上、下两

10、个按钮，增大或者减小发尘量。通过点击主界面上的发尘量调节阀，打开发尘量调节窗口。在阀门开度栏中填入需要的阀门开度，或者点击上、下两个按钮，增大或者减小开度，然后在阀门窗体上点击鼠标右键或者窗体右上角的关闭按钮关闭窗体（注意：用窗体右上角的关闭按钮关闭窗体时，在开度栏中填入阀门开度将不被采用）。点击主界面中的发尘键，开始发尘。发尘结束后，主界面自动弹出收尘结果。点击主界面下部的自动记录按钮自动记录数据，或者手动填入数据记录表格，然后通过调节风量调节阀来改变风量的大小，测量多组数据。点击主界面左侧的数据处理，可以进入实验报告部分，通过自动或手动添入数据进行计算。在实验报告部分，可以通过点击保存键对

11、实验数据进行保存；可以通过点击加载键对实验数据进行加载；可以通过点击报表键，对实验数据进行打印。六 实验注意事项1 在使用倾斜式微压计测定管道各点气流的动静压值和使用U型压差计测定除尘器两端的压损时，应在气流稳定的情况下进行。在读数的过程中应注意到压差计中的液柱摆动的范围，及时准确地读出刻度值。2 测定除尘效率的实验中应在启动风机的情况下进行发尘，保证气流的含尘浓度的均衡。3 在实验的过程中应适当调节风机的风量大小以保证除尘器的进口气速在12-25 m/s。二 碱液吸收二氧化硫实验一 实验目的：本实验采用填料吸收塔，用5%NaOH或Na2CO3溶液吸收SO2。通过实验可初步了解用填料塔的吸收净

12、化有害气体的实验研究方法，同时还有助于加深理解在填料塔内气液接触状况及吸收过程的基本原理。通过实验要达到以下目的：1 了解用吸收法净化废气中SO2的效果；2 改变气流速度，观察填料塔内气液接触状况和液泛现象；3 测定填料塔的吸收效率及压降；4 测定化学吸收体系（碱液吸收SO2）的体积吸收系数。二 实验原理1、填料塔流体力学特性：   气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。 在双对数坐标系中用压降对气速作图得到一条斜率为1.8-2的直线（图中aa线）而有喷淋量时，在低气速时（C点以前）压降也比例于气速的1.8-2次幂，但大于同一气速下干填料的压

13、降（图中bc段）。随气速增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大，压降-气速线向上弯曲，斜率变大，（图中cd段）。到液泛点（图中d点）后在几乎不变的气速下，压降急剧上升。测定填料塔的压降和液泛速度，是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜制作范围，选择合适的气液负荷。2、传质实验：    填料塔与板式塔内气液两相的接触情况有着很大的不同。在板式塔中，两相接触在各块塔板上进行，因此接触是不连续的。但在填料塔中，两相接触是连续地在填料表面上进行，需计算的是完成一定吸收任务所需填料高度。填料层高度计算方法有传质系数法、传质单元法以及等板高度法。总体积传

14、质系数KYa是单位填料体积、单位时间吸收的溶质量。它是反映填料吸收塔性能的主要参数，是设计填料高度的重要数据。    本实验是用NaOH或Na2CO3溶液吸收空气-二氧化硫混合气体中的二氧化硫。吸收方式为化学吸收。通过实验，得到以浓度差为推动力的体积吸收系数（Kya）：                          

15、0;                        Q-通过填料塔的空气量kmol/h;     h-填料层高度m;     A-填料塔的截面积m2;     y1、y2-进出填料塔气体中SO2的比摩尔分率；   

16、60; ym-对数平均推动力；                               其中                  

17、0;               pA1、pA2-进出塔气体中SO2的分压力Pa;    P-吸收塔气体的平均压力Pa;因为吸收反应为极快不可逆反应，吸收液面上SO2的平衡浓度y*可看作为零。则对数平均推动力  （ym）可表示为：                

18、0;                由上面公式可得到以分压差为推动力的体积吸收系数（KGa）的计算公式为：                            

19、; 以上式中：     Q-通过填料塔的空气量kmol/h;     h-填料层高度m;     A-填料塔的截面积m2;     y1、y2-进出填料塔气体中SO2的比摩尔分率；     pA1、pA2-进出塔气体中SO2的分压力Pa;    P-吸收塔气体的平均压力Pa;3实验设备三、实验操作1、请先登录进入实验后，会出现“登录”对话框，如下图所示请认真填写班级、

20、姓名、学号三项内容，这三项内容将被记录到实验报告文件当中。2、实验主界面实验主界面如下图所示实验结果分析装置如下图1启动风机，开始送风 点击电源开关的绿色按钮接通电源，就可以启动风机，并开始工作。2打开空气流量调节阀，调节空气流量。由于气体流量于气体状态有关，所以每个气体流量计前都有压差计（测表压）和温度计，和流量计共同使用，转换成标准状态下的流量进行计算和比较。将空气流量调节阀的开度调节到100，稍许等待，进行下一步。3鼠标左键点击实验主画面左边菜单中的“数据处理”，可调出数据处理窗口，点击干塔数据页，按标准数据库操作方法在各项目栏中填入所读取的数据。4调节阀以改变空气流量，重复上述第2）3

21、）步，为了实验精度和回归曲线的需要至少应测量10组数据以上。注意：因为在干塔状态下压降很低，所以测量范围应尽量不要在流量较低的范围内进行。5干塔压降测量完毕后，在进水之前，应减少空气流量，因为如果空气流量过大，会引起强烈的液泛，有可能损坏填料。6打开水流量调节阀，调节进水流量（建议35 l/h）。然后慢慢增大空气流量直到液泛，鼠标左键点击塔身可看到塔内的状况。液泛一段时间使填料表面充分润湿。然后减小空气流量到较小的水平。注意：本实验是在一定的喷淋量下测量塔的压降，所以水的流量应不变。在以后实验过程中不要改变水流量调节阀的开度。7逐渐加大空气流量调节阀的开度，增加空气流量，多读取几组塔的压降数据。同时注意塔内的气液接触状况，并注意填料层的压降变化幅度。液泛后填料层的压降在气速增加很小的情况下明显上升，此时再取12个点就可以了，不要使气速过分超过泛点。建议的实验条件： 水流量：35 l/h 空