[科普中国]-惯性碰撞

简介

粒子惯性碰撞的运动轨迹如右图所示。开始时，粒子沿流线运动，绕流时，流线弯曲，有质量为m的粒子由于惯性作用而偏离流线，与捕集体相撞而被捕集，最远处能被捕集的粒子的运动轨迹是极限轨迹3。

惯性碰撞机理已应用在除尘设备和大气颗粒物粒度分级采样器上。在多数除尘设备中，惯性碰撞是大颗粒捕集的主要途径。在大气颗粒物分级采样器中可按需要制成不同粒度范围的，如5级或8级的安德逊碰撞分级采样器。

惯性碰撞效率研究者发现，用极限轨迹法理论确定惯性碰撞除尘效率是困难的。人们只知道惯性冲击分级器分级效率是斯托克斯数Stk 的函数，表达式如下4：

式中τ—张弛时间，S；

v0—来流速度，m/s；

Dc—圆柱体或球体直径，m；

ρp—粉尘真密度，kg/m；dp—粉尘直径，m；μ—气体动力黏度，Pa·S。

绕圆柱体和球体的惯性碰撞效率如右图所示。可见惯性碰撞效率是雷诺数ReD和斯托克斯数Stk的函数。Landahl和Herman得出对于雷诺数ReD约为10左右的圆柱体惯性碰撞效率经验式，该式适用于常规纤维过滤（如布袋除尘）。公式如下：

对球体的惯性碰撞效率，当Stk>0.3时，对势流，Herne给出下式：

当Stk>1.213时，对黏性流，Nielsen和Hill给出对球体的惯性碰撞效率经验式为：

影响因素决定惯性碰撞集尘效率的因素主要有5：

（1）气体流速在捕集体（即障碍体）周围的分布，该分布随气体相对于捕集体流动的雷诺数而变化；

（2）粒子运动的轨迹。该轨迹可由斯托克斯准数表征；

（3）粒子对捕集体的附着，通常假定为100%。