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慣性碰撞

慣性碰撞（Inertial impaction）為集塵機理的一種。指含塵氣體在運動過程中遇到障礙體（纖維、液滴等）時發生繞流，但粒徑較大的粒子因其慣性繼續保持其原來的運動方向，進而與障礙體碰撞並被捕集^[1] 。該除塵機理主要應用於慣性除塵器、濕式除塵器和過濾式除塵器^[2] 。

慣性碰撞簡介

圖1 粒子慣性碰撞的運動軌跡圖

粒子慣性碰撞的運動軌跡如右圖1所示。開始時，粒子沿流線運動，繞流時，流線彎曲，有質量為m的粒子由於慣性作用而偏離流線，與捕集體相撞而被捕集，最遠處能被捕集的粒子的運動軌跡是極限軌跡^[3] 。

慣性碰撞機理已應用在除塵設備和大氣顆粒物粒度分級採樣器上。在多數除塵設備中，慣性碰撞是大顆粒捕集的主要途徑。在大氣顆粒物分級採樣器中可按需要製成不同粒度範圍的，如5級或8級的安德遜碰撞分級採樣器。

研究者發現，用極限軌跡法理論確定慣性碰撞除塵效率是困難的。人們只知道慣性衝擊分級器分級效率是斯托克斯數S_tk 的函數，表達式如下^[4] ：

式中τ—張弛時間，S；

v₀—來流速度，m/s；

D_c—圓柱體或球體直徑，m；

圖2 繞圓柱體和球體的慣性碰撞效率圖

ρ_p—粉塵真密度，kg/m；d_p—粉塵直徑，m；μ—氣體動力黏度，Pa·S。

繞圓柱體和球體的慣性碰撞效率如右圖2所示。可見慣性碰撞效率是雷諾數R_eD和斯托克斯數S_tk的函數。Landahl和Herman得出對於雷諾數R_eD約為10左右的圓柱體慣性碰撞效率經驗式，該式適用於常規纖維過濾（如布袋除塵）。公式如下：

對球體的慣性碰撞效率，當S_tk>0.3時，對勢流，Herne給出下式：

當S_tk>1.213時，對黏性流，Nielsen和Hill給出對球體的慣性碰撞效率經驗式為：

決定慣性碰撞集塵效率的因素主要有^[5] ：

（1）氣體流速在捕集體（即障礙體）周圍的分佈，該分佈隨氣體相對於捕集體流動的雷諾數而變化；

（2）粒子運動的軌跡。該軌跡可由斯托克斯準數表徵；

（3）粒子對捕集體的附着，通常假定為100%。

參考資料

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