 |
Основные механизмы осаждения частиц
|
|
|
|
Работа любого пылеуловителя (ПУ) основана на использовании одного или нескольких механизмов осаждения взвешенных в газах частиц.
Гравитационное осаждение частиц
Гравитационное осаждение или седиментация происходит в ре- зультате вертикального оседания частиц под действием силы тяжести при прохождении их через ПУ (рис.3.1 а).
При падении частица пыли испытывает сопротивление среды. Наиболее просто это сопротивление описывается при прямолинейном и равномерном движении шаровой частицы, то есть в том случае, когда можно пренебречь турбулентностью потока и конвекционными тока- ми:
Fc = xчSч
v 2 r
|
(1)
где xч - коэффициент лобового сопротивления частицы; Sч - площадь сечения частиц, перпендикулярного направлению движения, м2; Vч - скорость дви- жения частицы, м/с; rг - плотность газа, кг/м3.
|
ч 4
F = x
pd 2
ч V 2 r,
c ч 8 ч г
(2)
xч зависит от критерия Re
= V ч d ч r г.
|
г
При обычно соблюдаемом в промышленной практике соотноше- нии dч >> li (где li - средняя длина свободного пробега молекулы газа в м) сопротивление среды описывается законом Стокса:
Fc = 3 pmгdчVч.
(3)
Для частиц размером 0,2-2 мкм в уравнении (3) вводится поправ- ка Кенингема - Милликена Ск, учитывающая повышение подвижности частиц, размер которых сравним со средней длиной свободного пробе- га газовых молекул li:
Fc =
3 pmгdчVч; Ck
Ck =
f (li;dч).
(4)
8 м.
Для воздуха при температуре tr =20 oC и Р=760 мм. рт. ст. li =6.5×10-
Существует ряд зависимостей Сk от dч.
| dч, мкм | 0,003 | 0,01 | 0,03 | 0,1 | 0,3 | 1,0 | 3,0 | 10,0 |
| Сk | 90,0 | 24,5 | 7,9 | 2,9 | 1,57 | 1,16 | 1,03 | 1,0 |
Подставляя (3) в (2) получим для области действия закона Стокса:
|
|
|
xч = 24 / Reч.
Закон Стокса применим при ламинарном движении частиц (Reч £ 2).
(5)
Для турбулентного режима движения частиц (Reч > 500) xч можно принимать постоянным, равным 0,44.
Для переходного режима (2< Reч <500):
|
|
(6)
В случае нешарообразных частиц вводится понятие динамическо- го коэффициента формы c:
d 2
|
ч
(7)
где dчэ - эквивалентный диаметр частицы, равный диаметру шара, объем кото- рого равен объему данной частицы, м.
В расчетных формулах для определения скорости осаждения час- тиц не шарообразной формы xч заменяется на xчc а dч на dчэ.
Форма частиц Шаровая
Округленная с неровной поверхностью Продолговатая
Пластинчатая
Для смешанных тел
c
2,4
2,9
В общем виде конечная скорость частицы Vч (м/с), достигается при установлении равновесия между силой сопротивления среды и внешней силой Fb, действующей на частицу:
V
ч =.
(8)
В области действия закона Стокса выражение (8) принимает вид:
Vч =
Fb.
3 pm
гdч
При гравитационном осаждении шаровой частицы:
(9)
pd 2
F = ч (r
b 6 ч
- rг
)g.
(10)
Подставив выражение (10) в (9) получим Vч в области действия закона Стокса:
d 2 (r - r)
V = ч ч г g.
ч 18 m
(11)
Если пренебречь rг, то:
г
d 2 r g V = ч ч. ч 18 m
(12)
г
Из формулы (12) следует, что скорость осаждения взвешенных частиц в ПУ, использующих действие силы тяжести, прямо пропор- циональна квадрату диаметра частицы.
Скорость падения частицы плотностью rч =1000 кг/м3 в непод- вижном воздухе.
| Диаметр частицы, мкм | |||
| Скорость падения, м/с | 0,3 | 0,003 | 0,00003 |
Существуют графики зависимости Vч от dч при определенной плотности.
Рис. 3.1. Схемы механизмов выделения частиц пыли из газовых пото- ков: а – под действием силы тяжести; б – под действием центробежных сил; в – инерционное осаждение; г – зацепление; д – диффузионное осаждение; е – электростатическое осаждение; ж – термофорез
|
|
|
1 - частица; 2 - газовый поток; 3 - тело осаждения; 4 - силы диффузии; 5 - электрод корронирующий; 6 - электрод осадительный; 7 - земля; 8 - нагретое тело; 9 - холодная поверхность
|
|
|
