通风除尘作业及答案.docx
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通风除尘作业及答案
1.3粉尘有哪些基本性质？
粉尘爆炸应具备哪些条件？
影响粉尘爆炸的主要因素有哪些？
（1）基本性质1.悬浮性；2.凝聚与附着性；3.湿润性；4.自燃性和爆炸性；5.粒度及分散度特性；6.荷电性；7.光学特性；8.磨损性。
（2）粉尘爆炸的条件必须同时具备以下三个条件：
①粉尘本身具有爆炸性。
②粉尘悬浮在一定氧含量的空气中，并达到一定浓度。
③有足以引起粉尘爆炸的起始能量，即点火源。
（3）影响粉尘爆炸的主要因素
①粉尘的化学组分及性质；②粒度及分散度；③氧含量；④灰分及水分；⑤可燃气含量；⑥点火能量；⑦粉尘粒子形状和表面状态。
1.4试述粉尘进入人体的过程。
经历以下四个过程：
（1）在上呼吸道的咽喉、气管内，含尘气流由于沿程的惯性碰撞作用使粒径大于10μm的尘粒首先沉降在内，经过鼻腔和气管粘膜分泌物粘结后形成痰排出体外；
（2）在上呼吸道的较大支气管内，通过惯性碰撞及少量的重力沉降作用，使5~10μm的尘粒沉积下来，经气管、支气管上皮的纤毛运动，咳嗽随痰排出体外，因此，真正进入下呼吸道的粉尘，其粒径均小于5μm；
（3）在下呼吸道的细小支气管内，由于支气管分支增多，气流速度减慢，使部分2~5μm的尘粒依靠重力沉降作用沉积下来，通过纤毛运动逐级排出体外；
（4）其余的细小粉尘进入呼吸性支气管和肺内后，一部分可随呼气排出体外；另一部分沉积在肺泡壁上或进入肺内。
1.风道直径250mm，长15m，风道内空气温度40℃。
求维持层流运动的最大流速和相应的摩擦阻力。
（计算）
解：
管道内流动的状态的变化，可用无量纲雷诺数Re来表征。
层流状态下，Re≤2300，故最大流速为Re=2300时的流速。
空气温度在40℃时，其密度和动力粘度分别为：
1.128kg/m3、1.92Pa·s×10-5。
则最大流速为：
m/s
相应的摩擦阻力为：
Pa
2.有一钢板制矩形风道，其断面尺寸为宽300mm、长600mm，长10m，风道内流过的风量L=4000m3/h。
求风道的总摩擦阻力。
（查图或表）
解：
矩形风管内空气流速
m/s
流速当量直径
m
由v=6.17m/s，De=400mm，查图得单位摩擦阻力：
hb0=1.25Pa/m
所以hb=Lhb0=10×1.25=12.5Pa
3．已知某梯形风道摩擦阻力系数α=0.0177N·s2/m4，风道长L=200m，净断面积S=5m2，通过风量Q=720m3/min，求摩擦风阻与摩擦阻力。
解：
梯形风道的周长U与断面积S之间满足，其中C=4.16，则可得U=4.16*50.5=9.30m
由风道的摩擦风阻为，带入上述数值可得Rr=0.263kg/m7或Ns2/m8。
则风道摩擦阻力为
Pa
4．兰州市某厂有一通风系统，风管用薄钢板制作。
已知风量L=1500m3/h（0.417m3/s），管内空气流速v=15m/s，空气温度t=100℃，求风管的管径和单位长度的沿程损失。
解：
由线算图查得：
D=200hb0=14.8Pa/m，
兰州市大气压力：
B=82.5kPa
由图2-3-3查得：
Kt=0.82，KB=0.86
所以，
hb=KtKBhb0=0.82×0.83×14.8=10.07Pa/m
5.一圆形通风管道系统的局部，大断面直径为600，小断面直径为400m，今在断面变化处测得大小断面之间的静压差为550Pa，大断面的平均动压为100Pa,空气密度为1.2kg/m，求该处的局部阻力系数。
解：
由于全压差为局部阻力，已知静压差为550Pa，
大断面平均动压为100Pa，由，则
m/s；由风量不变可知Q1=Q2，即S1v1=S2v2，则
，有
m/s，则小断面平均动压为Pa，故动压差为：
-404.6Pa，则全压差为：
550-404.6=145.4
则有
对于大断面来说，局部阻力系数ξ1=1.45
6．一矩形薄钢板风管（K=0.15mm）的断面尺寸为400mm×200mm，管长8m，风量为0.88m3/s，在t=20℃的工况下运行，试分别用流速当量直径和流量当量直径计算其摩擦阻力。
如果采用矿渣混凝土板（K=1.5mm）制作风管，再求该风管的摩擦阻力。
如果空气在冬季加热至50℃，夏季冷却至10℃，该矩形薄钢板风管的摩擦阻力有何变化？
解：
（1）先求该风管内空气流速v：
m/s
再求流速当量直径Dv：
m
由v=11m/s，Dv=270mm，查线算图可得：
hb0=5.4Pa/m，则该风管的摩擦阻力为：
h=hb0×l=5.4×8=43.2pa
流量当量直径DL：
M
由L=0.88m3/s=3168m3/h，DL=300mm，查线算图可得：
hb0=5.4Pa/m，则该风管的摩擦阻力为：
h=hb0×l=5.4×8=43.2pa
则两种方法结果相同。
（3）矿渣混凝土风管
K=1.5，
则，h=Krhb0l=5.4*2.02*8=87.26
（3）又由图2-3-3查得温度修正系数：
当t=50℃，Kt1=0.93；当t=10℃，Kt2=1.04
所以，该矩形风管在冬季和夏季时的摩擦阻力分别为：
h冬=Kt1hb0l=0.93×5.4×8=40.18Pa/m
h夏=Kt2hb0l=1.04×5.4×8=44.93Pa/m
6.一圆形通风管道系统的局部，大断面直径为600，小断面直径为400m，今在断面变化处测得大小断面之间的静压差为550Pa，大断面的平均动压为100Pa,空气密度为1.2kg/m，求该处的局部阻力系数。
解：
（1）大断面平均动压为
=100Pa，ρ=1.2kg/m，则大断面上的平均风速为：
m/s
（2）由于两断面上的风量相等，则有
m/s
故小断面上的平均动压为
Pa
则大小断面的平均动压差为：
404.6Pa。
两断面上的全压差为：
已知两断面静压差为550Pa，动压差为404.6Pa，则全压差为145.4Pa。
（3）局部阻力为两断面的全压差，由局部阻力计算公式可知，则局部阻力系数ξ为：
则此处的局部阻力系数为
3.离心式和轴流式通风机的个体特性曲线有哪些区别？
马鞍形“驼峰”
从两种曲线可看出，轴流式通风机的H-Q特性曲线出现马鞍形“驼峰”区，风机在该段工作，有时会出现风量、风压和电动机功率的急剧波动，产生喘振现象。
N-Q特性曲线：
在其稳定工作区内，功率随风量的增大而减小，故应在工作风阻最小即风量最大时启动。
离心式通风机的H-Q特性曲线比轴流式通风机工作段更为平缓；当管网风阻做相同量变化时，其风量变化比轴流式通风机要大。
N-Q特性曲线：
功率随风量的增加而增加，应在工作风阻最大时启动。
12.
大气运动造成的自然风压：
，
其中，vw=8m/s，ρw=1.3kg/m3，A=0.69。
代入可得：
HN=28.7Pa。
13.
密度造成的自然风压：
，
其中，z=30m，g=9.8m/s2，ρm1=1.212kg/m3，ρm2=1.033kg/m3。
代入可得：
HN=52.6Pa。
13.
解：
全密闭罩的需要风量Qmb：
Qmb=Qmb1+Qmb2
其中，Qmb1——物料或工艺设备带入罩内的空气量，m3/min；
Qmb2——由孔口或不严密缝隙吸入的空气量，m3/min。
已知：
Qmb1=0.2m3/s，缝隙及工作孔面积S=0.08m2，缝隙局部阻力系数ξ=3.9，并使罩内形成hl=25Pa的负压，则由：
可得：
其中，空气密度ρ=1.293kg/m3，代入可得：
Qmb2=0.08*3.15=0.252m3/s，
则可得全密闭罩的需要风量：
Qmb=0.2+0.252=0.452m3/s。
若出现面积为0.08m2的孔洞未及时修补，则在保证负压不变的情况下，Qmb2增大一倍为0.454m3/s，即通过不严密缝隙吸入的空气量增大一倍，而全密闭罩需要风量增大为0.654m3/s。
14.
解：
已知D=200mm，集气罩局部阻力系数为0.35，罩口尺寸A×B=500mm×600mm，ρ=1.2kg/m3。
根据能量守恒方程，可得：
（1）
式中，P0、v0、h0与P、v、h分别表示集气罩口和风管中的压力、速度、阻力损失。
已知，相对大气压P0=0Pa，p=-55Pa，且有：
（2）
根据以上条件可得：
（1）Q=0.258m3/s
由Q=vS，可得：
（2）v0=0.858m/s；
（3）
Pa
3.为获得良好的防尘效果，设计防尘密闭罩时应注意哪些问题？
是否可认为罩内排除粉尘越多越好？
全密闭罩形式、罩内吸风口的位置、吸风速度等要选择得当、合理。
注意事项：
（1）合理地组织罩内气流，排风点应设在罩内压力最高的部位，以利于消除正压。
（2）排风口不能设在含尘气流浓度高的部位或侧区内，也不宜设在物料集中地点和飞溅区内。
（3）设置的密闭罩应不妨碍工艺生产操作和方便维修。
（4）罩内风速不宜过高。
设置全密闭罩时，一方面要保证罩内负压，另一方面还要避免把物料过多地从排风系统排出。
因此，不是罩内排出粉尘越多越好。
P151
4.紊流粗糙区流动的角联风网中如何判别角联分支的风向？
由该判别式可以看出，简单角联风路中角联分支的风向完全取决于边缘风路的风阻比，而与角联分支本身的风阻无关。
10.根据均匀送风管道的设计原理，说明下列三种结构形式为什么能达到均匀送风？
在设计原理上有何不同？
①风管断面尺寸改变，送风口面积保持不变；②风管断面尺寸不变，送风口面积改变；③风管断面尺寸和送风口面积都不变。
孔口出流流量为：
从上式可以看出，要使各侧孔的送风量Q0保持相等，必须保证各侧孔
相等，实现的途径：
1.保持
和
均相等
（1）保持各侧孔流量系数
相等，出流角α尽量大（≥60o）
（2）保持各侧孔
相等，实现途径
①风管断面尺寸改变，送风口面积保持不变；
a.各侧孔孔口面积f0相等，风道断面变化保持各侧孔静压pj相等。
可保持各侧孔
相等。
②风管断面尺寸不变，送风口面积改变；
b.风道断面相等，各侧孔孔口面积f0变化使得
相等。
可保持各侧孔
相等。
2.
变化，
也随之变化
③风管断面尺寸和送风口面积都不变。
当送风管断面积和孔口面积f0均不变时，
、pj沿风管长度方向将产生变化，这时可根据静压pj变化，在侧孔口上设置不同的阻体，使不同的孔口具有不同的压力损失（即改变流量系数
），以满足各侧孔
的相等。
11.与传统的混合通风相比，置换通风有什么优点？
置换通风具有气流扩散浮力提升、小温差、低风速、送风紊流小、温度/浓度分层、空气品质接近于送风、送风区为层流区的特点。
优点：
（1）可定量区分通风房间不同位置的空气质量
（2）存在热力分层，工作区域空气新鲜
（3）巧妙将自然通风与机械通风结合，且节省通风机电耗
（4）出现明显的垂直温度梯度和有害物浓度梯度
（5）混合通风以消除整个空间负荷为目标，而置换通风类似于自然通风，以消除工作区域负荷为目标。
更有针对性。
2.什么是喷雾降尘？
其降尘机理是什么？
影响降尘效果的因素有哪些？
定义：
指水在一定压力作用下，通过喷雾器的微孔喷出形成雾状水滴,并与空气中的浮游粉尘接触而捕捉沉降的方法。
降尘机理：
通过喷雾方式使液体形成液滴、液膜、气泡等形式的液体捕集体，并与尘粒接触，使液体捕集体和粉尘之间产生惯性碰撞、截留、布朗扩散、凝集、静电及重力沉降等作用，将粉尘从含尘气流中分散出来。
影响喷雾降尘效果的主要因素：
1.粉尘的湿润性与密度；2.喷雾作用范围与质量；3.喷雾器型式与安装方式；4.粉尘与液体捕集体的相对速度；5.液体供给相关参数。
3.磁水降尘的机理是什么？
影响因素有哪些？
机理：
水经磁化处理后，其黏度降低，晶构变短，会使水珠变细变小，有利于提高水的雾化程度，因此，与粉尘的接触机遇增加，特别是对于吸附性粉尘的吸附能力加强。
影响因素：
（1）水流方向、流速及磁感应强度；
（2）对水的磁化方式。
4.荷电喷雾降尘的机理为何？
影响荷电液滴捕尘效率的因素有哪些？
机理：
悬浮粉尘大部分带有电荷，如水雾上有与粉尘极性相反的电荷，则带水雾粒对带有相反极性电荷的尘粒具有静电引力，且对不带电荷尘粒具有镜像力，这样，水雾对尘粒的捕集效率及凝聚力显著增强，导致尘粒增重而沉降，从而提高降尘效果。
影响荷电液滴捕尘效率的因素：
（1）荷电液滴粒度；
（2）荷电液滴喷射速度；（3）含尘风流的速度；（4）液滴荷电量；（5）粉尘荷电量；（6）喷雾器性能。
14.型砂的真密度ρp=2700kg/m3，在大气压力p=101.325kPa、温度t=20℃的静止空气中自由沉降，计算粒径dp=3，7，11，16，28，55μm时尘粒所受的阻力及沉降速度。
解：
其中，μ=1.808/1.82×10-5Pa·s，ρp=2700kg/m3，ρg=1.205kg/m3，g=9.81m/s2。
由于尘粒和空气的密度相差很大，故：
（1）沉降速度公式,：
dp=3，7，11，16，28，55μm，分别得到的沉降速度为：
dp=3μm时，vs1=7.324×10-4m/s；
dp=7μm时，vs2=3.988×10-3m/s；
dp=11μm时，vs3=9.848×10-3m/s；
dp=16μm时，vs4=20.835×10-3m/s；
dp=28μm时，vs5=63.808×10-3m/s；
dp=55μm时，vs6=0.2462m/s；
（2）阻力计算公式
根据雷诺数Re的不同而不同：
dp=3μm时，Re=1.46×10-4≤1.0，则
F1=3*3.14*1.808×10-5*3*10-6*vs1=3.74×10-13N。
dp=7μm时，；Re=1.86×10-3≤1.0，
F2=3*3.14*1.808×10-5*7*10-6*vs2=4.75×10-12N。
dp=11μm时，Re=7.21×10-3≤1.0，
F3=3*3.14*1.808×10-5*11*10-6*vs3=1.84×10-11N。
dp=16μm时，Re=2.22×10-2≤1.0，
F4=3*3.14*1.808×10-5*16*10-6*vs4=5.68×10-11N。
dp=28μm时，Re=1.19×10-1≤1.0，
F5=3*3.14*1.808×10-5*28*10-6*vs5=3.04×10-10N。
dp=55μm时，Re=9.02×10-1≤1.0，
F6=3*3.14*1.808×10-5*55*10-6*vs6=2.31×10-9N。
15.计算粒径不同的三种飞灰颗粒在空气中的重力沉降速度，以及每种颗粒在30s内的沉降高度。
假定飞灰颗粒为球形，颗粒直径分别为0.4、40、4000μm，空气温度为387.5K，压力为101.325Pa，飞灰真密度为2200kg/m3。
解：
其中，μ=2.23×10-5Pa·s，ρp=2200kg/m3，g=9.81m/s2。
由于尘粒和空气的密度相差很大，故：
dp=0.4，40，4000μm，分别得到的沉降速度为：
dp=0.4μm时，vs1=8.60×10-6m/s；
dp=40μm时，vs2=8.60×10-2m/s；
dp=4000μm时，处于牛顿区域，则：
，
vs3=14.23m/s。
通过Re验证：
，代入可得：
Re=3292，属于牛顿区域。
则，30s沉降高度为：
h=vt，分别为：
h1=2.58×10-4m；h2=2.58m；
h3=42.69m。
16.直径为200μm、真密度为1850kg/m3的球形颗粒置于水平筛上，用温度293K和压力为101325Pa的空气由筛下部垂直向上吹筛上的颗粒，试确定：
①恰好能吹起颗粒时的空气速度；②在此条件下的颗粒雷诺数。
解：
①即此时速度为颗粒的悬浮速度。
μ=1.82×10-5Pa·s，ρp=1850kg/m3，g=9.81m/s2。
由于尘粒和空气的密度相差很大，故
dp=200μm，得到的空气速度为：
vs=2.21m/s；
②颗粒雷诺数
式中，ρg=1.29kg/m3，故Re=26.8。
17.某种粉尘的真密度为2600kg/m3，气体介质（近如空气）温度为433K，压力为101325Pa，试计算粒径为10和500μm的尘粒在离心力作用下的末端沉降速度。
已知离心力中颗粒的旋转半径为200mm，该处的气流切向速度为16m/s。
解：
温度为433K时的空气粘度μ=2.41×10-5Pa·s，
（1）斯托克斯区域的离心沉降速度公式：
代入可得：
粒径为10μm，vs1=0.767m/s；
通过Re验证：
，代入可得Re=0.411＜2，属于斯托克斯区域。
（2）紊流区（牛顿区）的离心沉降速度公式：
代入可得：
粒径为500μm，vs2=58.8m/s。
通过Re验证：
，代入可得：
Re=1500，属于牛顿区域。
1.对某旋风除尘器进行现场测定，得到的数据为：
除尘装置的入口含尘浓度为2800mg/m3，除尘装置的出口含尘装置为400mg/m3,除尘装置入口粉尘和出口粉尘的粒径分布列于下表中。
粒径/μm
0~5
5~10
10~20
20~40
>40
除尘器进口质量分数/%
25
15
10
25
25
除尘器出口质量分数/%
80
12
6
2
0
试计算该除尘装置的除尘总效率和分级效率。
解：
（1）总效率
代入可得：
η=85.7%
（2）分级效率
0-5μm，η1=（1-80*400/25*2800）*100%=54.3%
5-10μm，η2=（1-12*400/15*2800）*100%=88.6%
10-20μm，η3=（1-6*400/10*2800）*100%=91.4%
20-40μm，η4=（1-2*400/25*2800）*100%=98.8%
大于40μm，η5=（1-0*400/25*2800）*100%=100%
2.根据对某旋风除尘器的现场测试得到：
出口的气流量为11000m3/h，含尘浓度为4.2g/m3。
入口的气体流量为13000m3/h，含尘浓度为340g/m3。
试计算该除尘装置的处理气体流量、穿透率和除尘效率（分别按考虑漏风率和不考虑漏风率两种情况计算）。
解：
（1）处理气体量
则：
Q=12000m3/h。
（2）若除尘器漏风，则
η=（1-11000*4.2/13000*340）*100%=98.95%
Pr=1.05%
（2）若不漏风，则
η=（1-4.2/340）*100%=98.8%
Pr=1.2%
3.有一沉降室长7.0m，高12m，气体流速为30m/s，空气温度为300K，尘粒密度为2.5g/cm3，空气黏度为0.067kg/（m·h），求该沉降室能100%捕集的最小粒径。
如果将沉降室高度改为8m，长度保持不变，除尘装置的最小捕集粒径会不会发生改变，为什么？
解：
（1）气流通过沉降室的时间为：
=7/30=0.2333s
尘粒从沉降室顶部到底部所需时间为：
，若使尘粒100%被捕集，则必有τ≥τs，则有vs≥Hv/L=12*30/7=51.43m/s,即为尘粒的沉降速度，由μ=1.85×10-5Pa·s，
可得最小粒径为；=8.36×10-4m=0.836mm
（2）高度改变后，vs变小，即
vs≥Hv/L=8*30/7=34.3m/s，则dp=6.82×10-4m=0.682mm
最小捕集粒径变小。
因为沉降室高度增加后，尘粒从顶部到底部所需的沉降时间增加，沉降速度减小，能捕集的最小粒径也随之减小。
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