1、吸入口气流
一个敞开的管口是最简单的吸气口,当吸气口口服气时,在吸气口附近形成负压,周围空气从四面八方流向吸气口,形成吸入气流或汇流。当吸气口面积较小时,可视为“点汇”。形成以吸气口为中心的径向线,和以吸气口为球心的速球面。如图3-2(a)所示。
由于通过每个等速面的吸气量相等,假定点汇的吸气量为Q,等速面的半径分别为1和平2,相应的气流速度为和,则有
(3-1)
式中Q——气体流量,m3/s;
——球面1和2上的气流速度,m/s
——球面1和球面2的半径,m。
(3-2)
由式(3-2)可见,点汇外某一点的流速与该点至吸气口距离的平方成反比。因此设计集气吸尘罩时,应尽量减少罩口逞能污染源的距离,以提高捕集效率。
若在吸气口的四周加上档板,如图3-2(b)所示,吸气范围减少一半,其等速面为半球面,则吸气口听吸气量为
(3-3)
式中符号同前。
比较式(3-1)和式(3-3)可以看出,在同样距离上造成同样的吸气速度时,吸气口吵设挡板的吸气量比加设档板时大1倍。因此在设计外部集气罩时,应尽量减少吸气范围,以便增强控制效果。
实际上,吸气口有一定大小,气体流动也有阻力。形成吸气区气体流动的行事面不是球面而是椭球面。根据试验数据,绘制了吸气区内气流流线和速度分布,直观地表示了吸气速度和相对距离的关系,如图3-3、图3-4及图3-5所示。图3-3、3-4中的横坐标是(为某点距吸气口的距离,为吸气口直径),等速面的速度值是以吸气口流速的百分数表示的。图3-5绘出了侧边比为1:2的矩形吸气口吸入气流的等速线,图中数值表示中心轴离吸气口的距离以及在该点气流与吸气口以速的百分比。
根据试验结果,吸气口气流速度分布具有以下特点。
㈠
①在吸气口附近等速面近似与吸气口平行,随离吸气口距离的增大,逐渐变成椭圆面,而在1倍吸气口直径处已接近为球面。因此,当>1时可近似当作点汇,吸气量Q可按式(3-1)、式(3-2)计算。
当=1时,该点气流速度已大约降至吸气口以速的7.5%。如图3-3所示。当<1时,根据气流衰减规律则不同。
②对于结构一定的吸气口,不论吸气口风速大小如何,其等速面形状大致相同。而吸气口结构形式不同,其气流衰减规律则不同。
2、吹出气流运动规律
空气从孔口吹出,在空间形成一股气流称为吹出气流或射流。据空间界壁对射流的约束条件,射流可分为自由射流(吹向无限空间)和受限射流(吹向有限空间);按射流内部温度的变化情况可分为等温射流和非等温射流;在设计热设备上方集气吸尘罩和吹吸式集气吸尘罩时,均要应用空气射流的基本理论。
等温圆射流是自由射流中的常见流型。其结构图3-6所示。圆锥的顶点称为极点,圆锥的半顶角称为射流的扩散角。射流内的轴线速度保持不变半等于吹出速度的一段,称为射流核心段(图3-6的AOD锥体)。由吹气口核心被冲散的这一段称为流起始面对。以起始段的端点O为顶点,吹气口为底边的锥体中,射流的基本性质(速度、温度、浓度等)均保持其原有特性。射流核心消失的断面BOE称为过渡断面。过渡断面以后称为射流基本段,射流起始段是比较短的,在工程设计中实际意义不大,在集气吸尘罩设计中常用到的等温圆射流和扁射流基本段的参数计算公式