在流体流中的改善的颗粒的相互作用制造技术

通过在流体流中产生紊流涡旋（１、２）来促进流体流中的两种颗粒之间的相互作用。紊流涡旋被设计成具有这样的尺寸和／或强度，从而使得不同尺寸的颗粒以明显不同的程度被吸入涡旋并被迫跟随不同的轨迹（３、４），由此提高了碰撞和相互作用的可能性。保持一种尺寸的颗粒的斯托克数（Ｓｔ）非常小于１的系统会发生最佳的碰撞率。本发明专利技术对空气污染控制具有特殊的应用，由此促进了细小颗粒凝聚成较大的颗粒，然后除去它们。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及用于促进或提高在流体流中不同类型的颗粒之间的相互作用的方法和装置。本专利技术提供一种设计形成涡流发生器的方法以产生颗粒规模的紊流并以高效方式在流体流中特殊类型的颗粒之间引起相互作用。通过促进气流中细小的污染颗粒凝聚成较大的颗粒，并由此有助于它们接下来的过滤或从气流中除去，本专利技术在空气污染控制方面具有特殊的应用，尽管本专利技术不限于这种应用。
技术介绍
许多产业的工艺导致将小的有害颗粒排放到大气中。这些颗粒经常包括非常细小的很容易被吸入的有毒化合物的亚微米颗粒。毒性和易吸入性的组合促使世界各国政府制定立法来严格控制直径小于十微米(PM10)，特别是直径小于2.5微米(PM2.5)的颗粒的排放。大气排放中较小的颗粒也主要对空气污染的不利视觉效果负责。不透明度很大程度上决定于细小的排放颗粒组分，因为在0.1和1微米之间的光的波长附近吸光系数最高。已经使用各种方法来从气流中除去尘埃和其它污染颗粒。尽管这些方法一般适合于从气流中除去较大的颗粒，但它们经常在过滤出较小颗粒上，特别是PM2.5颗粒，没什么效果。通过碰撞和粘结，可以使气流中的细小颗粒凝聚成更大的颗粒，由此有助于接下来通过过滤除去颗粒。我们的国际专利申请号PCT/NZ00/00223和PCT/AU2004/000546公开了用于凝聚颗粒的有源和无源设备。凝聚效率取决于碰撞和颗粒间的类似相互作用的发生率或频率。许多污染控制战略也取决于具体种类的个别元素之间的接触，以便促进有益于接下来除去所关心的污染物的反应或相互作用。例如，可以将如活性炭的吸附剂注入污染的气流中以便除去汞(吸附)，或者将钙注入以便除去二氧化硫(化学吸附)。为了发生这些相互作用，关心的两种物质必须保持接触。对于标准烟道中的许多工业污染物，由于几个原因，这是困难的。例如，用于反应/相互作用的期间是短的(0.5-1秒的数量级)、所关心种类的物质在排出气体中分布得很少(相对于大量流体)以及烟道的规模比污染物颗粒的规模大。通常，来自生成过程的排出气体被输入大的管道中，将它们尽可能均匀地输送到一些下游的收集装置(例如静电沉淀器、滤袋器或旋风收集器)，并且具有很小的紊流/能量损失。在途中产生的该紊流通常是沿导向叶片、沿内部管道支撑/加强肋、通过扩散幕等大规模转向的气体。该紊流具有管道的规模，并需要应该是最小的干扰和压降，由此可以获得所需的正确流动。类似地，当混合装置用于特定用途时，例如特定污染物的吸收，它们通常是产生大规模紊流场(大约为管道的宽度和高度)并设置为气体必须通过的短系列的幕的装置。最公知的混合装置的目的是获得两种或多种物质的混合。不将该装置具体设计成促进混合物中细小颗粒之间的相互作用。在大多数包括颗粒输送的工业规模的装置中，由混合产生的紊流相对于颗粒是大规模的。在这种条件下颗粒趋向于以相同的路径而不是碰撞的过程运动。还知道可以将涡流发生器用在混合腔中以促进流体的混合。然而该装置通常不用在装满颗粒的流动中以在颗粒之间产生碰撞。不管它们是颗粒(例如银灰)、气体(例如SO2)、雾(例如NOx)或元素(例如汞)，较难在工业排气烟道内收集的污染物质是之间在微米数量级的物质(即10-6米)。由于它们尺寸小，它们在总的流体流中占据很小的体积比例。例如，如果均匀分布，一百万个1微米直径的颗粒将占据小于1cm3气体体积的0.00005％(假设颗粒是球状的)。即使是10微米直径，该比例仅提高到0.05％。当认为例如汞的污染物仅占总存在物质的百万分之几份时，很明显在该颗粒规模，在由工业烟道气体输送的物质之间具有大量的空间/距离。在流动中颗粒已经“良好混合”的地方，例如在整个管道(例如在排气烟道中)多少自由分布的，任何规模的紊流都不能更彻底地混合它们。而且，输送到流动流体中的足够小的颗粒将跟随流体流动中的流线。这发生在流体的粘力超出颗粒的惯性力时。公知的管道规模的紊流混合条件是大于颗粒的许多数量级。当从颗粒的透视看时，它们远不是混乱的，而是相当平稳的。虽然颗粒在其通过管道中的紊流或通过标准混合区时在方向上有很多改变，与颗粒的尺寸和规模相比它们都在相当长分范围。所以，在典型的装满工业尘埃的流动条件下的气流中的颗粒或多或少跟随和它们临近的颗粒相同的路径，这导致与周围的颗粒几乎没有相互作用。所以在颗粒规模上，有相对很少的紊流产生的相互作用，因此，公知的混合工业在凝聚方面具有很低的效率。趋向于使很小的污染物质的碰撞率最大化的系统必须使它们彼此沿不同的轨迹、和/或以不同的速度、尽可能经常地移动，而上述污染物质占据非常小的比例的总流体流的体积。另外，在轨迹和/或速度上的这些不同必须承受颗粒的规模以具有最好的效果。不幸的是，当前的设计理念没有适当地考虑这些准则。本专利技术的一个目的是提供一种用于获得改善的流体流中的相互作用的方法和装置。本专利技术的另一个目的是提供定制设计结构以产生颗粒规模紊流的方法，从而以高效方式引起流体流中特别类型的颗粒之间的相互作用。
技术实现思路
本专利技术是基于这样的认识流动的流体中的不同物质和/或空气动力性能的两种颗粒将不同地响应流体流中预定尺寸的紊流涡旋。具体而言，如果涡旋具有特殊的规模，不同的颗粒将以不同的程度被吸入涡旋中，因此将跟随不同的轨迹。所以，颗粒间的碰撞或相互作用的可能性提高了。被紊流涡旋捕获并吸入的类似物质和/或空气动力性能的颗粒将大致跟随相同的路径，因此彼此没有任何明显程度的撞击。较大物质和/或不同空气动力性能的颗粒将不被吸入到涡旋中，或被吸入的程度基本上非常小，并因此将以不同的轨迹移动通过涡旋并被吸入相同涡旋的许多其它颗粒撞击。为了提高流体流中两种颗粒间碰撞的可能性，例如为了促进较小颗粒被较大颗粒凝聚或吸附，设计一种结构来产生这样规模的紊流，从而以明显不同的程度吸入不同的颗粒。在一种广泛的形式中，本专利技术提供这样一种方法通过在流体流中产生紊流涡旋来促进在流体流中的至少两种颗粒之间的相互作用，其特征在于涡旋具有这样的尺寸和/或强度，使得两种颗粒以明显不同的程度被吸入到涡旋中。在另一种形式中，本专利技术提供一种用于促进在流体流中的至少两种颗粒之间的相互作用的装置，包括用于在流体流中产生紊流涡旋的装置，其特征在于涡旋具有这样的尺寸和/或强度，从而使得两种颗粒以明显不同的程度被吸入到涡旋中。优选地，紊流涡旋具有这样的尺寸和/或强度，一种颗粒基本上被完全吸入而另一种颗粒基本上不被吸入，由此使两种颗粒之间的相对滑流和相互作用的可能性最大化。在另一种广泛的形式中，本专利技术提供一种定制设计结构的方法，该结构用于在流体流中产生紊流，以促进在流体流中至少两种颗粒之间的相互作用，包括如下步骤(i)识别两种颗粒的相关特征，(ii)进行斯托克数(Stokes Number)分析以确定最佳特征的涡旋尺寸，使一种颗粒具有比另一种类型的颗粒明显更高的滑流速度，以及(iii)设计一种结构以在具有在上面步骤(ii)中确定的最佳尺寸的流体流中产生涡旋。两种颗粒的相关特征一般包括颗粒的尺寸和密度。最佳特征涡旋尺寸的确定可以包括迭代过程。由于用于斯托克数的标准等式假设颗粒是球状的，所以经验“形状因数”可以用于考虑颗粒的形状。对于两种给定的颗粒种类，例如收集体颗粒和被收集颗粒，本专利技术提供一种客户设计结构的方法，其产生这样尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设计涡流发生器的结构的方法，该涡流发生器用于在流体流中产生紊流涡旋，以促进在流体流中至少两种颗粒之间的相互作用，包括如下步骤：（ｉ）识别两种颗粒的相关特征，（ｉｉ）进行斯托克数分析以确定最佳特征的涡旋尺寸，使一种颗粒具有 比另一种类型的颗粒明显更高的滑流速度，以及（ｉｉｉ）设计一种结构以在具有在上面步骤（ｉｉ）中确定的最佳尺寸的流体流中产生涡旋。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ特鲁斯，JW威尔金斯，GJ内森，RM凯尔索，PAM卡尔特，
申请(专利权)人：因迪格技术集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]