高壓靜電場中粉塵粒子的電氣性能

第1章　緒論

1.1 環(huán)境污染與電除塵器的需求

1.2 電除塵技術(shù)的發(fā)展及在我國的應(yīng)用

1.3 電除塵技術(shù)面臨的競爭與挑戰(zhàn)

1.4 制約電除塵發(fā)展的主要因素

1.5 仍具潛力的電除塵技術(shù)

第2章　氣溶膠力學(xué)

2.1 概述

2.2 氣溶膠粒子的形態(tài)分類

2.2.1 氣溶膠粒子的定義

2.2.2 氣溶膠粒子的分類

2.3 氣溶膠粒子的性質(zhì)

2.3.1 氣溶膠粒子的形狀特征

2.3.2 氣溶膠粒子的物理性質(zhì)

2.3.3 氣溶膠粒子的流動和摩擦性質(zhì)

2.3.4 氣溶膠粒子的化學(xué)性質(zhì)

2.3.5 氣溶膠粒子的電學(xué)性質(zhì)

2.4 氣溶膠粒子的濃度

2.4.1 概述

2.4.2 濃度的表達方法

2.4.3 不同濃度的換算

2.5 氣溶膠粒子在空氣中的運動

2.5.1 氣體的性質(zhì)

2.5.2 氣體的流動特性

2.5.3 氣溶膠粒子的沉降運動

2.6 氣溶膠粒子的擴散

2.6.1 菲克擴散定律

2.6.2 擴散系數(shù)

2.6.3 粒子隨垂直高度的分布

2.6.4 擴散沉積

第3章　氣溶膠粒子的凝并

3.1 單分散球形粒子的凝并

3.2 多分散球形粒子的凝并

3.2.1 兩種不同大小的粒子凝并

3.2.2 多種大小的粒子凝并

3.2.3 凝并過程中的粒度分布

3.3 荷電粒子的凝并

3.3.1 氣溶膠粒子單極性荷電的凝并效應(yīng)

3.3.2 氣溶膠粒子雙極性荷電的凝并效應(yīng)

3.4 氣溶膠粒子的聲場凝并

3.4.1 概述

3.4.2 粒子的同向凝并

3.4.3 流體中粒子的吸引力

3.5 電除塵器中粉塵粒子的凝并

3.5.1 氣溶膠粒子凝并的碰撞頻率基本關(guān)系式

3.5.2 熱力凝并的碰撞頻率函數(shù)

3.5.3 流體力學(xué)凝并的碰撞頻率函數(shù)

3.5.4 電場中粉塵粒子凝并增粗的實驗研究

3.6 影響粉塵粒子凝并速率的因素

3.6.1 物質(zhì)濃度和粒徑大小

3.6.2 物質(zhì)的多分散性

3.6.3 溫度、壓力和空氣黏性

3.6.4 粒子形狀

3.6.5 攪動狀態(tài)下氣溶膠的凝并

3.6.6 外部水蒸氣

第4章　高壓靜電場收塵原理

4.1 電暈的物理過程

4.1.1 電暈的發(fā)生

4.1.2 電暈起始電壓

4.1.3 離子遷移率

4.1.4 電子吸附

4.1.5 影響電暈電流和電壓的因素

4.2 高壓電場

4.2.1 線-管式電極的電場

4.2.2 線-板式電極的電場

4.3 粉塵粒子荷電

4.3.1 電場荷電

4.3.2 擴散荷電

4.3.3 粒子的反常荷電

4.4 收塵過程

4.4.1 帶電粉塵粒子在電場中的運動

4.4.2 帶電粉塵粒子在電場中的沉降

4.4.3 影響電除塵器除塵效率的因素

4.5 清灰

4.5.1 電除塵器的清灰方式

4.5.2 電除塵器清灰方式的研究現(xiàn)狀

第5章　高電阻率粉塵對電除塵器性能的影響

5.1 電場的描繪

5.2 伏-安特性曲線的變化

5.3 荷電量的減少

5.4 沉積粉塵層的電暈電流特性

5.4.1 極板上電暈電流的分布

5.4.2 收塵極板上擊穿電流的形成機理

5.5 沉積粉塵層內(nèi)局部電場的研究

5.5.1 粉塵粒子堆積的數(shù)學(xué)物理模型

5.5.2 粉塵層局部電場分析式的建立

5.5.3 數(shù)學(xué)模型的修正

5.6 沉積粉塵層表面電位的形成與粉塵層的擊穿

5.6.1 粉塵層表面電位的形成與分布

5.6.2 沉積粉塵層厚度的影響

5.6.3 沉積粉塵層的擊穿

5.6.4 實驗研究

第6章　沉積粉塵層的形成及破

6.1 荷電粉塵粒子的沉降規(guī)律

6.1.1 電除塵器電場空間縱向斷面上的含塵濃度分布

6.1.2 電除塵器中粉塵沉降規(guī)律的實驗研究

6.1.3 收塵極板上粉塵沉降量的分布

6.1.4 不同粒徑粉塵在收塵極板上的分布

6.2 沉積粉塵層的形成

6.3 收塵極板上粉塵粒子的堆積模式

6.4 沉積粉塵厚度的增加

6.5 沉積粉塵層的電荷量和黏附力

6.5.1 沉積粉塵層的電荷量

6.5.2 沉積粉塵層與收塵極板之間的黏附力

6.6 沉積粉塵的返混現(xiàn)象及解析

6.6.1 氣流流動引起的粒子返混

6.6.2 粒子返混后的運動軌跡

6.7 產(chǎn)生二次揚塵的原因分析

第7章　沉積粉塵層的行為特征

7.1 概述

7.2 沉積粒子層的性質(zhì)、行為及其影響

7.3 粒子層的電性能

7.3.1 粉塵粒子的導(dǎo)電

7.3.2 體積電阻率

7.3.3 表面電阻率

7.3.4 高電阻率粉塵的電性能

7.3.5 影響粉塵電阻率的因素

7.4 沉積粉塵層的電荷釋放

7.5 沉積粉體中反電暈的物理過程分析

第8章　黏結(jié)力理論

8.1 概述

8.2 收塵極板上粉塵受力分析

8.2.1 范德華力

8.2.2 附著力

8.2.3 靜電力

8.3 收塵極板上粉塵受力分析總結(jié)

8.4 影響粉塵黏結(jié)力的主要因素

8.4.1 粉塵粒徑及分布

8.4.2 粉塵介電常數(shù)

8.4.3 粒子形狀

8.4.4 濕度及溫度

8.4.5 粉塵電阻率

8.4.6 粉塵的含水率和煙氣溫度

8.4.7 電氣參數(shù)對黏結(jié)力的影響

第9章　粉塵黏結(jié)力的實驗研究

9.1 粉塵電阻率的測定

9.1.1 粉塵層電阻率的測定方法

9.1.2 粉塵電阻率的測定及分析

9.2 粉塵層臨界電阻率的確定

9.3 粉塵介電常數(shù)的測定

9.4 粉塵粒徑和分散度的測定

9.5 粉塵黏結(jié)力的測定

附錄：主要符號

參考文獻2100433B

本書在介紹電除塵技術(shù)的基本原理及其研究和發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點闡述了氣溶膠粒子的力學(xué)性質(zhì)、電除塵器中粉塵粒子的凝并及其影響因素。針對干式電除塵器振打清灰效果不好的問題，深入探討了高電阻率粉塵對電除塵器性能的影響以及電除塵器收塵極板上沉積粉塵層的形成和破壞。從理論上闡述了粉塵粒子的自黏和他黏現(xiàn)象，揭示了粉塵層的力學(xué)性質(zhì)，并介紹了沉積粉塵層黏結(jié)力及其相關(guān)參數(shù)的測定方法。

本書可供從事電除塵器技術(shù)研究、設(shè)計、生產(chǎn)的技術(shù)人員閱讀學(xué)習(xí)，也可作為高等院校環(huán)境工程等相關(guān)專業(yè)的本科生或研究生的教材或教學(xué)研究指南，還可供各級環(huán)境保護部門的工程技術(shù)人員參考。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子達到400多種。

按照粒子與各種相互作用的不同關(guān)系，將粒子分為 ：

粒子媒介子

光子（傳遞電磁相互作用）

膠子（傳遞強相互作用）

粒子輕子

電子

電子中微子

μ子和μ子中微子

τ子和τ子中微子

粒子強子

質(zhì)子

中子

介子

超子

粒子夸克

上夸克

下夸克

奇夸克

粲夸克

底夸克

頂夸克

粉塵是指直徑很小的固體顆粒，可以是自然環(huán)境中天然產(chǎn)生，如火山噴發(fā)產(chǎn)生的塵 埃，也可以是工業(yè)生產(chǎn)或日常生活中的各種活動生成，如礦山開采過程中巖石破碎產(chǎn)生的 大量塵粒。生產(chǎn)性粉塵就是特指在生產(chǎn)過程中形成的，并能長時間飄浮在空氣中的固體顆粒。許 多生產(chǎn)性粉塵在形成之后，表面往往還能吸附其他的氣態(tài)或液態(tài)有害物質(zhì)，成為其他有害 物質(zhì)的載體。生產(chǎn)性粉塵污染作業(yè)環(huán)境，影響作業(yè)人員的身心健康。

基本粒子是構(gòu)成一切物質(zhì)實體的基本成分；也指量子理論中有基本力的粒子。

嚴格地說，基本粒子是不能再分解為任何組成部分的粒子。在這一定義下，只有夸克和輕子兩種基本粒子。但是，雖然質(zhì)子和中子由夸克組成，這兩類重子都不可能分解為它們的夸克成分，因為獨立的夸克是不能存在的。所以，盡管質(zhì)子和中子以及其他重子由夸克組成，它們常被看成是基本粒子。

粒子電子發(fā)現(xiàn)

直到19世紀末，原子一直被認為是物質(zhì)的基本建筑砌塊。后來，英國粒子物理學(xué)先驅(qū)、劍橋卡文迪什實驗室的約瑟夫·約翰·湯姆遜(Joseph John Thomson，1856—1944)，發(fā)現(xiàn)原子產(chǎn)生的一種輻射能夠用原子自身分裂出來的帶電微粒流來解釋，知道這種帶電微粒就是電子 。

粒子原子核

既然電子帶負電荷 ，而原子呈電中性，很明顯，原子內(nèi)部必然有另外的帶正電荷的粒子，以抵消電子的負電荷。20世紀初葉，工作于曼徹斯特的新西蘭裔物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福(Ernest Rutherford，1871—1937) (后來繼湯姆孫任卡文迪什實驗室主任)證明，這一正電荷與原子的大部分質(zhì)量一起，都集中在很小的中心核內(nèi)。

起初人們認為，原子核是電子與荷正電的質(zhì)子的混合物。到了1932年，也在卡文迪什實驗室工作的詹姆斯·查特威克(James Chadwick，1891—1937)才發(fā)現(xiàn)了不帶電的質(zhì)量幾乎與質(zhì)子一樣的中子。于是原子核被解釋成由強核相互作用，或強力，維持在一起的質(zhì)子和中子的集合。

那時，這三種粒子——電子、質(zhì)子和中子

——似乎是構(gòu)成一切物質(zhì)的僅有基本粒子，但宇宙射線研究和粒子加速器中高能粒子束互相轟擊的實驗卻表明，還存在其他類型‘亞原子’粒子；不過這些‘新’粒子是不穩(wěn)定的，它們將迅速‘衰變’成其他粒子簇射，以我們熟悉的電子、質(zhì)子和中子告終。

重要的是應(yīng)該懂得，這些新粒子根本不是存在于粒子加速器中互相轟擊的粒子(如質(zhì)子)的‘內(nèi)部’；它們是從注入加速器的能量中，按照阿爾伯特`愛因斯坦的公式 (或者，在所討論的情況下，更恰當(dāng)?shù)氖?創(chuàng)造出來的。

然而，在它們的短暫壽命期間，它們是具備質(zhì)量和電荷等特征的真正粒子。這樣的粒子，應(yīng)該曾經(jīng)在大爆炸的高能條件下大量出現(xiàn)。

粒子介子

物理學(xué)家不知道如何將這些粒子納入一個圓滿的物理理論，他們試圖解釋這些粒子之間基本力的作用方式。他們這樣做時，仿效光子攜有帶電粒子之間的電磁力，想借助另一類攜帶著力的粒子——介子。但介子又是用什么東西制造的呢？

粒子夸克

1964年物理學(xué)家蓋爾曼提出夸克模型，認為強子由更基本的成分組成，這種成分叫做夸克quark?？淇四Ｐ徒?jīng)過幾十年的發(fā)展，已被多數(shù)物理學(xué)家接受 。

有一段時期，局面極其混亂。但1960和1970年代發(fā)展的夸克理論使局面趨于明朗?？淇死碚撜J為，所有已知粒子可以分成兩族。一族由夸克組成，能夠‘感知’只在夸克之間起作用的強力，叫做強子。另一族叫做輕子，它們不能感知強力，但參與以所謂的弱力做媒介的相互作用(或稱弱相互作用)，比如，放射衰變(包括β衰變)過程就是弱相互作用引起的。強子既能參與強相互作用，也能感知弱力。

粒子輕子

是名副其實的基本粒子，它們不由任何別的東西構(gòu)成。典范的輕子就是電子，電子與另一種叫做中微子(嚴格說應(yīng)是電子中微子)的輕子相伴生。當(dāng)電子參與放射衰變這類過程時，總有中微子卷入。

由于一些無人知曉的原因，這一基本圖像已經(jīng)復(fù)制了兩次，產(chǎn)生了三‘代’輕子。除電子本身外，還有比較重的叫做μ介子，它們除了比電子重207倍外，完全像是電子；還有一種甚至更重的粒子叫做τ粒子，它的質(zhì)量接近質(zhì)子的兩倍。這兩種重電子各有其自己的中微子，所以輕子族有六種(三對)粒子。雖然μ介子和τ粒子都能在粒子加速器中用能量制造或從宇宙線產(chǎn)生，但它們很快衰變，轉(zhuǎn)化成電子或中微子。

粒子強子族

強子族本身又再分為兩類 。由三個夸克構(gòu)成的粒子叫做重子，就是我們常說的‘物質(zhì)’粒子，包括質(zhì)子和中子(重子和輕子都是費米子族的成員，費米子實際上是普通物質(zhì)粒子的別稱)。由成對的夸克構(gòu)成的粒子叫做介子，它們是攜帶基本力的粒子，盡管還有其他的介子(這些力的載體和其他介子又稱為玻色子)。

只需要兩種夸克(它們的名字很怪，叫做‘上’夸克和‘下’夸克)就能解釋質(zhì)子和中子的結(jié)構(gòu)。一個質(zhì)子由通過強力維持在一起的兩個上夸克和一個下夸克構(gòu)成，而一個中子由通過強力維持在一起的兩個下夸克和一個上夸克構(gòu)成。

力本身可視為膠子的交換，而膠子本身又由夸克對組成，因而是介子。

正如輕子族復(fù)制了三代，夸克族也如此。雖然只需要兩種夸克來解釋質(zhì)子和中子的本質(zhì)，但復(fù)制的兩代夸克卻一代比一代重，其中一代叫做‘奇’夸克和‘粲’夸克，最重的一代叫做‘底’夸克和‘頂’夸克。和重輕子一樣，這些粒子能夠在高能實驗中產(chǎn)生(因而大爆炸時必定大量存在過)，但迅速衰變成它們的較輕對應(yīng)物。雖然不可能分離出單個夸克，但粒子加速器實驗已經(jīng)提供了夸克族所有這六個成員存在的直接證據(jù)；最后一種(頂)夸克是芝加哥費密實驗室的科學(xué)家于2007年找到的。

對夸克的質(zhì)量和其他性質(zhì)的研究表明，不可能有更多代的夸克，只能有三族夸克和三族輕子。幸而標準大爆炸模型也認為不可能存在多于三代的粒子；不然的話，極早期宇宙中額外中微子造成的壓力應(yīng)該驅(qū)動宇宙過快地膨脹，從而使留存下來的氦含量與極年老恒星的觀測結(jié)果不符(見αβγ理論、核合成)。這是最美妙的證據(jù)之一，表明粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)兩者的標準模型對宇宙行為的描述，都同基本真理相去不遠。

但是，除了大爆炸的最早片刻之外，第二和第三代粒子在宇宙的演化或其內(nèi)容物的行為中基本不起作用。我們在宇宙中看到的每樣?xùn)|西都能用兩種夸克(上和下)和兩種輕子(電子和電子中微子)加以說明；確實，由于單個的夸克不能獨立存在，我們看到的每樣?xùn)|西的行為，仍然能夠用1932年就已經(jīng)知道的電子、中子和質(zhì)子再加上電子中微子，以及四種基本力，相當(dāng)準確地予以近似說明。