尘粒空气动力学性质

尘粒在空气中都按照一定的规律运动，尘粒空气动力学就是研究这种规律，有效地控制尘粒的飞扬和扩散，正确设计和使用各种除尘设备的理论基础。
尘粒在气体中的动力特性 尘粒在气体中运动时，作用于尘粒的力可归纳为
❶尘粒本身的重力G;
❷气体的浮力P;
❸气体的阻力P′;
❹外力，如机械力和静电力；
❺空气分子间的撞击力，如布朗运动的力；
❻尘粒间相互作用的力，如吸引力等。其中前四种力是主要的，后两种力只有尘粒直径在0.1微米以下时才能产生较为明显的作用。
尘粒在自然沉降中，重力G、浮力P和阻力P′的关系可用下式表示：

式中： d 尘粒的空气动力学直径，又称斯托克斯直径，m;
ρD 尘粒的密度，kg/m3;
ρG 气体的密度，kg/m3;
A 尘粒的投影面积，m²;
v 尘粒的下降速度，m/s
g 重力加速度，m/s²;
C 尘粒沉降时受到气体阻力的阻力系数，无因次。
当尘粒从静止状态开始下降时，重力G大于浮力P和阻力P′的总和，下降是加速度进行的。但随着沉降速度的增加，阻力P′也迅速增加。经过一段时间后，重力G即等于浮力P和阻力P′的总和，尘粒即从加速下降过程变成等速下降过程，通常加速下降过程是非常短暂的，可以略而不计。在等速下降时：

G-P=P′

将方程式(1)、(2)、(3)代入，可得：

或

v3称为尘粒的斯托克斯沉降速度，或末端速度，当雷诺数Re<1时，沉降是在层流范围内，此时阻力系数C=24/Re, 或P′=3πμdv，其中μ为空气的粘度，kg/m·s。由此可算得：

当雷诺数Re>500时，沉降是在紊流范围内，此时阻力系数C=0.44，可算得：

尘粒在管道中的运动特性 尘粒在管道中的运动是很复杂的，不仅与尘粒特性、气体状态和雷诺数Re等有关，而且还与管道截面积大小，管壁粗糙度、管网布置等因素有关。
(1)水平管道中尘粒的运动： 尘粒在水平管道中随着气流运动时在重力作用下逐渐沉降，在到达管底的瞬间，受气流作用向前滚动，产生强烈的旋涡运动，尘粒上部气流以高速通过时，产生负压，使尘粒重新悬浮，随气流向前移动。当尘粒上升到某一高度并与下面速度近似相等时，尘粒又重新开始重力沉降。所以在水平管道中的尘粒就这样以波浪形式不断向前移动。尘粒不至沉降的临界速度，可根据气流速度、尘粒直径、密度和管壁粗糙度等因素确定。
(2) 垂直管道中尘粒的运动： 尘粒在垂直管道中运动比较简单，仅比静止空气中的运动规律多一个气流速度的因素，主要保证管道内气流速度能携带尘粒运行即可。
尘粒在离心力场中的运动特性 尘粒在离心力场中运动时，受到两个力作用： 一是离心力，使尘粒按某一径向速度向外移动；另一个是尘粒与空气作相对运动时，气体对尘粒的阻力，阻碍尘粒沿径向向外移动。当离心力与空气阻力平衡，而空气又没有径向运动时，则尘粒以径向速度移向外壁。尘粒的径向速度越大，越易被甩向外壁，对一定粒径而言，切向速度越大，旋转半径越小，则径向速度越大。