风管内沉积颗粒物再扬起特性研究(3)
赵振平曾对激波与沉积粉尘的相互作用进行过研究，他主要从事于实验研究工作，也曾利用纯气相理论，对流场的特征参数进行过讨论，并对纯气相模型进行过数值计算，得到一些宝贵的结论，但却没有对流场中固相的作用进行研究，并且其建立的本构方程是基于固体，故在对实验现象进行理论研究时存在很多不足之处。
本研究借鉴了赵振平所完成的实验工作，对气流与沉积粉尘相互作用现象做了进一步的探讨，利用实验手段以及气流相关理论得到沉积粉尘的基本特性，并利用记录影像以及流体力学气流速度曲线理论对流场的特征参数进行了讨论。本文是根据通风管道内沉积粉尘进行的研究。主要内容是对旋风分离除尘器中的沉积粉尘，主要是纤文粉尘进行检测，并通过实验研究以，得到沉积粉尘的主要特性以及在透明风管中的再扬起运动情况。此次研究风管内的沉积粉尘，从其再扬起特性进行研究，对其扬起特性进行深入的实验调查，掌握其扬起规律，从而为找出抑制其扬尘与抑制粉尘爆炸等相关工作提供帮助。
1.2 二次扬尘的一般概念
粉尘是指能够较长时间悬浮于空气中的固体细小微粒物。在现实工业生产过程中所形成的粉尘颗粒物称为生产性粉尘。悬浮性粉尘是一种气溶胶(尘、烟以及雾等统称气溶胶)，气溶胶颗粒的分散介质就是空气，分散相为固体颗粒微粒，固体颗粒微粒与空气共同组成一个分散体系。煤矿作业场所空气中悬浮的煤尘细小颗粒物，由于受到重力的作用，逐渐向下沉积，沉积在工作地点的地板上、巷道壁上、以及室内机电设备的表面上。由于生产过程中机械的运转、局部的送风排风、作业人员的走动等原因，会使已沉降的粉尘颗粒物再次飞扬，形成二次扬尘，这样会增加作业场所内空气中的粉尘浓度，从而加重粉尘对人体的危害。如果再碰巧遇到了瓦斯或煤尘爆炸，爆炸所产生的冲击波将会使已经沉积了的粉尘颗粒物再次飞扬起，扬起的粉尘参与爆炸，使瓦斯或煤尘的爆炸被加强从而产生更加严重的后果，使经济和人员造成更严重的损失。
1.3 风管内沉积粉尘运动影响因素
1.3.1 自然粗糙的影响
由于管道材料表面不可能做到绝对光滑，所以一般工业管道表面都存在自然粗糙。El-Shobokshy在粗糙度分别为0.5以及1.5的玻璃管道以及铜管中针对位于扩散－惯性区的颗粒进行了系统的实验研究。他的研究发现，即使很细微粗糙也会大大增加颗粒的沉降速度，尤其对于粒径较小的颗粒可以把无量纲沉降速度提高一个数量级。然而早期的定性研究却发现自然粗糙对沉降速度的提高幅度远远没有El-Shobokshy实验的高，有些研究甚至认为自然粗糙对颗粒沉降速度没有影响。
1.3.2 人工粗糙的影响
为了强化传热传质，工程技术人员往往在通道的内壁固定砂砾、纤文状、网格、肋条、柱状等不同粗糙单元形式的人工粗糙。Wells & Chamberlain针对颗粒扩散区以及扩散－惯性区的颗粒对比研究了其在水力光滑铜管表面以及100μm平均粗糙高度的纤文粗糙表面上的沉降量。实验发现，对于不同粒径颗粒，纤文粗糙表面上的沉降量相对光滑表面的高2～3个数量级。Lai等针对0.7μm～7.1μm单分散颗粒在肋条以及柱状三文粗糙单元管道表面的沉降与相应光滑管道表面情况进行了对比研究。与光滑表面相比，肋条粗糙单元表面的沉降速度高出光滑表面的2～3倍；柱状三文粗糙单元表面的则高出光滑表面的5～19倍，而柱状粗糙单元在表面上的分布形式也对颗粒沉降速度有细微的影响。早期针对颗粒惯性区以及颗粒扩散区颗粒在肋条粗糙单元上沉降的实验研究则由于没有相应光滑表面的数据没有得到粗糙度相对光滑表面颗粒沉降速度增大幅度以及肋条间距影响的具体规律。 由于美国的空调风管许多是采用内保温的方法，所以Sippola针对有内保温（平均粗糙高度1.5mm）的水平风管不同朝向内表面（底板、侧壁、顶板）进行系统的颗粒沉降规律实验研究。结果表明，较小粒径颗粒在底板上的沉降速度比相应光滑风管的大约大1个数量级，而侧壁上的比相应光滑风管的大约大2个数量级，顶板上的则大2～3个数量级。保温材料上粒径较大颗粒的沉降速度相对光滑管道上的则提高不多，尤其在较大风速时由于二次悬浮可能比相应光滑管道上的还小。
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