粉尘颗粒浓度过大会降低水膜的除尘效率。颗粒浓度过大有可能造成脱离气流流线撞向水膜的尘粒与水膜中悬挂的尘粒相碰而被弹回气流中的情况。
粉尘的润湿性是指液体与粉尘之间的亲和程度。同一种粉尘对不同液体的亲和程度是不同的；不同粉尘对同一种液体的亲和程度也是不同的。粉尘的润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关[31]。液体对固体表面的润湿程度取决于液体分子对固体表面分子的作用力的大小。润湿性的大小常用润湿角来表示。润湿角是指固体颗粒浸入到液体中时，液体表面张力作用于固液接触点的切线上，切线与尘粒表面的夹角θ称为润湿角。对于疏水性尘粒，液体在尘粒表面收缩，θ>90°，如图2-19a所示；对于亲水性尘粒，液体在尘粒表面扩张，θ<90°，如图2-19b所示。
a- θ>90°，疏水性尘粒；b- θ<90°，亲水性尘粒 图2-19 尘粒的润湿角 Figure 2-19 Particle wetting angle 水膜的稳定性主要是指水膜厚度的稳定性，水膜厚度过小时，会被气流拉成小水滴，明显降低了对粉尘颗粒的捕集效率，由于混合室中气流的湍流作用，自激式水幕除尘器导流板上的水膜与一般水膜除尘器相比肯定是不算稳定的，但由于混合室中被冲激起来的水滴量大，因此，可以保证导流板上水膜一定的厚度。
金毓荃等[32]以润湿角为依据判定水膜除尘中粉尘颗粒是否被捕获。研究中假定尘粒浸入液体中dp位置时即被捕获，并得出此时润湿角的计算公式：
3dp?pvr2?12?lvr1623 ??arcsin( )?70.5? （2.22）式中：μl—水的动力粘性系数，（Pa·s）；
vr—尘粒在水膜垂直方向的速度，m/s。
粉尘颗粒在实际环境中的润湿角记为θ'，若θ'<θ，尘粒则能够浸入水膜中达到或超过dp的深度，从而被捕获；当θ'>θ，水膜对尘粒的捕获能力则降低。
232.3 粉尘颗粒受力及运动分析（Force and Motion Analysis of dust particles）
自激式水幕除尘器混合室内流场区域为气液固三相流流动，气体为连续相，液滴、粉尘颗粒为分散相。粉尘颗粒在此三相流中与气体、液滴和其它颗粒之间均存在相互作用，受力状况非常复杂，但由于颗粒与气体间的相互作用在颗粒运动中占主导地位，因而在此只简要分析单个粉尘颗粒在气体中的受力状况。
气流中粉尘颗粒的形状是多种多样的，而在分析颗粒受力时以球形颗粒最为方便，因此对于不规则形状的颗粒在计算时引入“等效直径”的概念，认为此不规则颗粒的受力状况与等效直径的球形颗粒受力状况一样。等效直径分为体积等效直径dv和表面积等效直径ds两种，定义如下：
3V1dv?()3 （2.23） 4?ds?() （2.24） S12?颗粒在气流中所受到的力包括[33-41]：曳引阻力、压力梯度力、Magnus力、Saffman力、附加质量力、Basset力、重力、浮力等。
1）曳引阻力FD
曳引阻力是颗粒在气流中运动时，气流作用于颗粒上的力，只要颗粒与气流存在相对运动，曳引阻力就存在，它是推动颗粒随气流向前运动的力，也是颗粒所受各力中最主要的一个。
?????FD?(?gApCD/2)vg?vp(vg?vp) （2.25） 式中：ρg—气流密度，kg/m3； Ap—颗粒迎流投影面积，m2； CD—阻力系数； vg—气流速度，m/s； vp—颗粒速度，m/s。 颗粒雷诺数Rep定义为：
?gdp(vg?vp)Rep? （2.26） ?g式中：μg—气流动力粘性系数，（Pa·s）。
阻力系数CD是颗粒雷诺数Rep的函数，根据Rep的大小可分别按以下情况计算： 层流区（Stokes区）：10-4 过渡区（Allen区）：0.3 图2-20 球形颗粒阻力系数与雷诺数的关系 Figure 2-20 Relationship between resistance coefficient of spherical particle and reynolds number 2）压力梯度力FP 在有压力梯度的流动中，颗粒总会受到不为0的合力作用，这个合力就是压力梯度力，FP与压力梯度方向相反，大小等于颗粒体积与压力梯度的乘积。 ??dp3FP??gradp （2.27） 6式中：dp—颗粒直径，m； p—流场中压力，Pa。 若忽略离散相对流场的影响，对连续相来说可近似认为： ?g?dvgdt??gradp （2.28） ????gdp3dvg则 FP? （2.29） 6dt3）Magnus力FM 气流中的粉尘颗粒由于气流的涡量作用以及与其它颗粒或壁面之间的碰撞作用而产生自转，颗粒的自转使周围流体对其产生一个垂直于运动方向的合力，这个合力就是Magnus力。FM的大小和方向受颗粒与气流的相对速度和颗粒自转的角速度共同影响，定义式如下： ??1?3?(vg?vp)?? （2.30） FM???gdp8式中：ω—颗粒自转角速度，rad/s。 4）Saffman力FS 除了颗粒本身的自转会产生一个垂直于运动方向的力外，流场中速度梯度的存在使颗粒两侧的流速不一样，也会产生一个由低速侧指向高速侧的力，即Saffman力，它是滑移（相对运动）和剪切联合作用的结果，且方向永远指向高速侧，即流场中心区，因此又叫滑移—剪切升力。 1?1???22 FS?1.61(?g?g)dp(vg?vp)dvgdy2 （2.31） 5）附加质量力Fvm 颗粒在气流中作变速运动时，将带动周围流体一起作变速运动，这就要求颗粒施加给周围流体一个作用力，而根据牛顿第三定律，周围流体也必定会对颗粒有一个反作用力，这个力就叫做附加质量力。附加质量为与颗粒同体积的流体质量的一半。 ?1?? Fvm??gVp(dvgdt-dvpdt) （2.32） 26）Basset力FB 颗粒在作变速运动时，除受到周围流体的附加质量力外，还会受到一个附加的阻力，这是由于附着在颗粒周围的流体层由于流动性和粘性作用，在作变速运动时将会产生形变。这种由于颗粒表面流体层不稳定而产生的随时间变化的流体作用力就叫做Basset力。 ???tdvgdv132d? FB?dp(π?g?g)2?( （2.33） ?p)t02dtdt(t??)12式中：t0为起始时刻，τ为积分变量。 7）重力Fg 颗粒所受重力为 ??dp3? Fg??pg （2.34） 6式中：ρp—颗粒密度，kg/m3； g—当地重力加速度，m/s2。 8）浮力Ff 颗粒所受气流浮力为 ??dp3? Ff???gg （2.35） 6颗粒所受上述各作用力绘于图2-21。 图2-21 颗粒在气流中受力示意 Figure 2-21 Force on particle in airflow 尽管作用在颗粒上的力是相当复杂的，但是在一般情况下并非所有的力都同样重要，众多学者对颗粒在气流中的受力进行了研究计算，但由于实验条件等的不同，得出的结果各有差异。文献[42]指出，在流场大部分区域中，Magnus力与Saffman力和曳引阻力相比，至少小一个数量级，而对矿粉颗粒，Basset力亦可忽略。文献[43]得出了煤粉颗粒旋转速度为1800转/分时，Magnus力约为曳引阻力的1%。岑可法在文献[44]中则得出以下结论：在各种不同的煤粉颗粒条件下，附加质量力、压力梯度力、Saffman力的数量级极微，一般可忽略，但在边界层中，由于速度梯度很大，所以此时Saffman力不可忽略；Magnus力的数量级在各粒径下均和重力相等，起平衡重力的作用；在湍流运动中，Basset力是非常重要的一个力；曳引阻力是作用在煤粉颗粒上的最大力，起着加速颗粒的作用。 下面讨论粉尘颗粒随含尘气流绕流节流挡板末端时的运动状态，据上述各学者结论，在此仅考虑曳引阻力FD和重力Fg。 含尘气流在通过节流挡板时，气流流线被压缩，方向急剧转变，原本沿流线方向运动的颗粒逐渐脱离原流线，继而与其他气流流线相交，此时颗粒与气流的速度已不再在同一个方向上，如图2-22，因此其所受曳引阻力的方向也就发生了变化，如图2-23所示。 此时的颗粒在垂直方向上作减速运动，所受合力为 ??? Fy?FDsin??Fg （2.36） 根据牛顿第二定律，在垂直方向上建立运动方程： ??? may?FDsin??Fg （2.37） 式中：m—粉尘颗粒质量，g；