第一编大气污染控制设计 1.1基础知识 1.1.1几个物理参数的计算 、气体的湿度 (一)绝对湿度pn 1/为湿气体中含有的水蒸气质量与湿气体体积的比值,即在水蒸气分压力下的水蒸气密度,按式 1计算 式中:A为绝对湿度,kg/m3(湿气体);p为湿气体中水蒸气分压力,Pa;R为水蒸气的气体常数 J/(kgK);T为湿气体的温度,K。 (二)相对湿度φ g为湿气体的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度比值的百分数,亦称饱和度,如式1.L.2所示。式 中g愈小,水蒸气距离饱和状态愈远,湿气体吸收水分的能力愈大。 =P×100% 式中:相对湿度%;P—饱和绝对湿度.kg/m3(萍气体);p—饱和水蒸气压方,Pa (三)含湿量d d为气体中所含水蒸气的质量m与干气体质量m的比值:d为湿气体中所含水蒸气的质量m与 所含干气体在标准状态下的体积V的比值。 d=0.6229p,/(p-gp) (1.1.3) d=0.8049)./(p-ypn) d与d的关系为da=d 式中:d含湿量,kg/kg干空气;p大气压,Pa;c-标准状态下(o℃,101,325kPa)干气体 的密度。 (四)水燕气的体积分数y 若以湿气体中水蒸气所占体积分数y或摩尔分数x表示气体的湿度时,则对任一种湿气体都有: =x0.804+do (1.1.6) 或 dn=0.804x/(1-xn) d=0.84xm/〔(1x)· (l.1.6b)
以上,d单位为:kg/m3(干气体),d单位为:kgkg(干气体) 二、黏度的计算 (一)黏度的定义和单位 在作相对运动的流体中,单位面积的剪应力与速度梯度的比值,称为流体的动力黏度或黏度,亦称绝 对黏度;动力黏度p与流体密度P之比称为运动黏度vc F一d (1.1.7) (1.1.8) 式中:F一单位面积上的剪应为,N2;d-速度梯度,1 黏度单位在工程中常用泊(P)、厘泊(d)或徵泊(PP),它们之间的换算关系为 IP=L0cP-10RP=0.LPas (1.1.9) (二)气体黏度与温度的关系 气体黏度随气体温度升高而增大,其关系多为经验公式。在常压下气体黏度与温度之间的关系可用下 列幂函数表示 阵- (x) (L.L.10) 表1.1.1 部分气体的经验指数 物质化学式 4(Pa·s) 物质化学式 (Pas) 166×10350.6 NH, 甲烷CH 戊醇CH20.620×10 096甲醇cHO 氖 2.971×10-5 酶(3HO0.686×10-5 氧化碳 1.657×10-5 0.698×105 01110 1.02 溴甲烷 1.226×10-5 皮烷 CoHn 0.635×10-5 丁烷 内烷 H0.750×1050 丁醇(4Hn(0.60×10 0.98 丙醇(31()0.717×10-51.00 氢 H0.836×1030.678甲苯C;H0.6×10-30.89 水蒸气HO「0.24×105 氯化甲烷CHC0:981×1051.02 空气 1.716×10-1 0.683 氯仿cH30.962×105 0.94 e烷cH 0.590×10 1.03环己烷c 0.907 氦气 1.844×10-3 四氯化碳 )924 0.92 庚烷|CH10.3515 乙烷 Hb0.87×X1050 二氧化硫 206×1-5 0.912 乙酸乙酯CHO20.691×105 1.01 二氧化碳 1,402 乙醇C2HO|0.784 1.0 氧气 0.692 乙醚CH12O0.685×105 式中:—温度T(K)时气体的黏度,Pas;p—温度T。=273.l5K时的气体黏度,Pas;m 经验指数,可从表1.1,1查到。 (三)混合气体的黏度 低压混合气体的黏度计算式多为经验公式,式1.1.11为平方根法公式
Σy,M 式中:x,为混合气体中组分的摩尔分数;共为混合气体中分的黏度,PasM为混合气体中;组分 的分了量。 三、气体密度的计算 (一)标准状态下气体密度的计算 任一种气体标准状态下的密度可由其摩尔质量M按下式确定: P=M22,4I4 (1.1.12) 混合气体标准状态下的密度Q可按式1.1.3计算 1.J.13) 式中:N—混合气体中i组分气体在标准状态下的密度,kgNm';x—混合气体中;组分气体的摩 尔分数或体积分数 (二)不同状态的气体密度 由于气体的密度具有随温度、湿度和压力变化的性质,所以在空气污染控制工程中,常用式1.1.14 计算不同状态下的气体密度 p二乎pn, 中:p为工况密度,kg/m;p为况压力,Pa;z为上况状态下的压缩因了;N为标准状态下干气体 的密度,kgNm3;p为标准压力,Pa;Z、为标准状态卜的压缩因子;p,为干空气分压力,P g为相对湿度,%。 四、气休体积的换算 在环境工程设计中,常有将T况气体体积换算成标态体积或其相反的情况任一状态下任一种气体的 体积换算可用式1.1.15计算 v=37v, =37v .=3(+0)=3168,1(15 因干气体的p=0.x=0,dn=0,d=0,则式1.1.15式为 =v Pvt T (1.1.16) 式中:V为工况体积,m3;V为标态体积,m3;p为绝对大气压,Pa;T为工况温度,K;p为干空 气分压力,Pa;d为含湿量,kg/k十空气;p为标态密度,kgNm;x。为水蒸气摩尔分数;q 为相对湿度,% 例〕某锅炉烟气成分(体积百分数)为:CO:65%;CO2:18%;N:16.5%;O2:4.5%,经湿 式除尘后达到饱和状态,其温度为70℃,饱和含湿量d=0.164kNm3,试求烟气的黏度。 〔解)①查分子量:H2O=18;(O=28;(O2-44;N2=28;O2-32 ②水蒸气的摩尔分数x=0.804+a=0.84+01.164=0.169 ③子烟气的摩尔分数x=1-xm=1-0.169=0.831 ④湿烟气中各组分的摩尔分数 X(=0.831×0.65=0.540 x(,=0.831×0.18=0.150 XN,-0.831×0.165=0.137 0.831×0.045-0.037 ⑤由表11.查标准状态下物质的黏度与m值
H,O x101.942×100.824×10 0.695 0.82 0.68 0.692 ⑥H式].1.10计算烟气各组分的黏度 p=0.824×10 =1084×103=1.657×10 =1.942×10 x2=1.42X105/343) 1.691×105 y2=1.67×105(343)""=1.947×103 ⑦由式1.1.11计算烟气黏度 =0.169×1.084×10×185+0.54×1.942×10-3×2845+0.15×1.69×105×445 +0.137×1.947×105×28"5+0.037×2.274×105×32050.169×18.5+0.54 283+0.15×4405+0.137×285+0.037×323=1.798×105(Pas) 1.1.2流休力学基础知识 、连续性原理、连续性方程式 (一)连续性原理 刈于封闭流管(图1.1.1)中流体连续恒定流动,且流体为不可压缩时,任意选取的过流断面1、2之 间空间体积不变,依据质量守恒定律,则进入断面1与流出晰面2的质量流量是相等的,故体积流量Q 与Q2亦相等,即 或 式中:Q为封闭流管总流的体积流量,m/s;Q1、Q2分别为断面1、2 处的体积流量,m3/s;A为总流的过流断面面积,m2;A1、A 分别为断面1、2处的过流断面面积,m2;v为总流过流断面的平 均流速,m/s;v、分别为断面I、2处的平均流速,m/s 对于可压缩流体,密度ρ发生了变化,关系式应为 P1A1 v1=P2 A2 U2=pAu (].1.18) 式中:p总流流体的密度,kg/m3;p、P2分别为断面1、2处流体的密度,kg/m3 (二)连禁性方程式 取单元体dx、dy、dk(图1.12),速度u的分量为 l4r、l4、、M 密度为ρ,时间为to 不可压缩流体的连续方程式为: 司 可压缩流体的连续方程式为 (1.1.20) 二、流体运动方程式 图1.1.2 根据动量守恒定律推出
du. dt 2ux,32u,a2 P (1.1.21) 式中;, un为沿x、y、z轴方向流速,m/s;p为作用在单元体分面I上的压力,Pa;X、Y、z 为作用在单元体上的其他外力在x、y、z轴方向上的分量;p为流体的密度,kg/m3;ν为流体的 运动黏度,m2/so 量方程式 表示随着流体流动而产的热传递的-般表达式: (1.1.22) 式中:,、2、u2为单元体沿r、y,x方向的流速,ms;:为流体的温度,℃;a为流体的热扩散率 囚、伯势利定律 伯努利定律是表示流体运动中能量守恒定律的定理。当理想流体(无黏滞性,不可压缩的)进行恒定 流动时(图1.1.3),在断面1处的总能量恒等于流体在断面2处所有的总能量,即流管内的任意一点,其 全压不变,表达式为 +号可+ 号时+ (1.1.23) 式中:p、户2断面1、2处的压强,Pa; 群 v、v2—断面1、2处的平均流速,m/s 基准面 断面1、2中心相对于基准面的高度,m; 流体的密度,kgm3;g重力加速度,m/s2 1.1.3 当流体为空气时,因ρ很小,z与z2之差可以忽略不计,则有 p,+2=p+2可=常数 (1.124) 实际上,空气流动时会由于摩擦而产生能量损失,则有 是=p+2 (1..25) 式中:△p12-流体流动时,从断面1至断面2之间的压力损失。 五、托理拆利定理 流体自容器下部孔口流出(图1.1.4)时,流出速度与水 位差的平方根成正比。即 式中:w2—孔口流出速度,m/s;h—容器水面与孔口之间 的水位差,m 六、誓内摩擦定律 (一)哈根-泊肃叶定律 表示流体在光滑管内为层流(雷诺数Re<2320)流动时 的流量Q、管径d、管长l、流体的动力黏度μ与压强损失之间关系的定律 128yQ=3y2 (1.1.27) 5