气溶胶力学-第07章-气溶胶力学基础

华北电力大学环境科学与工程学院气溶胶力学任课教师：杨官平二○一五年八月封面气溶胶粒子的形态与分类气溶胶粒子的形状气溶胶粒子的大小气溶胶粒子的密度气溶胶粒子的运动气溶胶粒子的扩散第07章气溶胶力学基础7.1气溶胶粒子的形态与分类气溶胶的来源气溶胶的分类一、气溶胶的来源二、气溶胶的分类

1.德林卡和哈奇德粒状污染物分类方法气溶胶的类型粉尘：物质通过破碎、筛分、运输、加工等机械或动力作用形成的固体颗粒物。烟尘：燃烧焊接、金属冶炼、熔解、蒸发、升华、凝聚等过程中形成的固体颗粒物。烟：木材、纸、布、油、煤、香烟等燃烧而形成的固体颗粒物。雾：水蒸气的凝结形成的液态气溶胶粒子。霭：蒸汽的凝结、化学反应、液体喷雾等形成的细小的液态气溶胶粒子。1.德林卡和哈奇德粒状污染物分类方法分类

名称

粒径生成方式

固体粒子

粉尘

1～100

破碎、筛分、运输、机械加工、扬尘

凝结固体烟雾

0.1～1

燃烧焊接、金属冶炼、熔解、蒸发、升华、凝聚

烟

0.001～0.3

木材、纸、布、油、煤、香烟等燃烧而形成

液体粒子

霭

1～100

蒸汽的凝结、化学反应、液体喷雾等

雾

5～50

水蒸气的凝结

2.用克努森数Kn作为分类依据2.用克努森数Kn作为分类依据名称粒子直径范围自由分子区过渡区滑动区连续区Kn>1010~0.3<0.3<0.1λ/μm<0.010.01~0.4>0.4>1.32.用克努森数Kn作为分类依据自由分子区：颗粒尺寸接近于气体分子尺寸，其速度几乎等于气体速度。过渡区：颗粒尺寸相对较小，其速度接近于气体速度。滑动区：颗粒尺寸相对较大，颗粒可以视为连续介质，其速度相对于气体速度有一个小的滑动。连续区：颗粒尺寸相对大，颗粒可以视为连续介质，其速度与气体速度相差较大。7.2气溶胶粒子的形状球形粒子：粒子形状为球形。非球形粒子：粒子形状为非球形。近似立方体：粒子的三个方向的尺寸有大致相同的大小；板状：在两个方向上有比第三个方向上更大的长度；针状：在一个方向上有比另两个方向上更大的长度。7.3气溶胶粒子的大小颗粒粒径：表示颗粒大小的代表性尺寸。颗粒粒径的计算球形粒子：粒径为粒子的直径。非球形粒子：粒径为粒子的当量直径。7.3气溶胶粒子的大小等效直径定义数学表达式长度直径直径在一给定方向上测量平均直径在多个方向上测量后取平均投影－周长直径有与粒子同样周长的圆的直径投影－面积直径有与粒子同样投影面积的圆的直径表面积直径有与粒子同样表面积的圆的直径体积直径与粒子同体积的球的直径斯托克斯直径与粒子同密度和同沉降速度的球的直径7.3气溶胶粒子的大小P－粒子的投影周长；AP－粒子的投影面积；AS－粒子的表面积；V－粒子的体积；ν－粒子的沉降速度；－粒子的密度；－空气的密度；μ－空气的动力学黏度；g－重力加速度。7.4气溶胶粒子的密度定义：单位体积颗粒的质量，kg/m3或g/cm3。作用：气溶胶粒子的密度是影响粒子运动的重要因素，重力作为粒子所受的一种外力，与粒子的密度成正比，粒子的密度越大，则粒子运动的惯性力也越大。类型：颗粒真密度颗粒堆积密度一、颗粒真密度定义：将粉尘颗粒表面及其内部的空气排出后测的的粉尘自身的密度，即以粉尘的真实体积求的密度。用符号表示。作用：用于尘粒的运动研究等方面。二、颗粒堆积密度定义：呈堆积状态的粉尘，每个颗粒及颗粒之间的空隙中都含有空气，堆积体积包括颗粒之间和颗粒内部的空隙体积，以堆积体积求的密度称为堆积密度。用符号表示。作用：用于存仓或灰斗的容积确定等方面。三、空隙率定义：颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体积之比。用符号ε表示。颗粒堆积密度与颗粒真密度之间的关系：对同一粉尘来说，堆积密度小于等于真密度。7.5气溶胶粒子的运动颗粒的粒径大小和种类不同，受到作用力不同，其动力学行为也不同。受力种类：外力：重力、浮力、电场力、热泳力等。内力：流体阻力、颗粒间相互作用力。（颗粒间作用力在浓度不高时可以忽略。）一、气体对粒子的阻力流体阻力种类：形状阻力：由于颗粒具有一定的形状，运动时必须排开周围的流体，导致其前面的压力较后面大产生的。摩擦阻力：由于颗粒与周围流体存在着摩擦产生的。流体阻力大小：决定于颗粒的形状、粒径、表面特性、运动速度及流体的种类和性质。流体阻力的方向：和速度向量方向相反。1.气体对球形粒子的阻力1.气体对球形粒子的阻力Cs和Re的关系如下图所示：1.气体对球形粒子的阻力2.滑移修正３.非球形粒子的修正4.豫弛时间4.豫弛时间二、重力三、浮力气-固两相流：由于固体的密度远远大于气体的密度，颗粒所受的重力远远大于所受的浮力，因此，在研究气-固两相流时，可以忽略颗粒所受的浮力。气-固两相流：不能忽略颗粒所受的浮力。四、电场力五、热泳力五、热泳力五、热泳力五、热泳力7.6气溶胶粒子的扩散气溶胶粒子的扩散是由于气体分子的随