 |
Центробежное осаждение частиц
|
|
|
|
Этот метод нашел наиболее широкое применение в промышлен- ности (в сухих и мокрых ПУ).
В области существования закона Стокса скорость центробежного осаждения шаровой частицы можно рассчитать, приравнивая центро- бежную силу F ц, развивающуюся при вращении газового потока, сто- ксовой силе сопротивления среды F c (рис. 3.1 б).
2
Fц = mч
Vw, r
(13)
где Vw - скорость вращения газового потока вокруг неподвижной оси; r - радиус вращения газового потока, м.
2 2
|
18 mг r
(14)
Из выражения
(14) следует, что скорость осаждения взвешенных частиц в центробеж- ном ПУ прямо пропорциональна квадрату диаметра частицы. Величина же скорости осаждения при центробежном осаждении больше, чем при
гравитационном в Vw / rg раз.
Параметр центробежного осаждения W:
3 2 2
F
W = ц
= pdч rч × Vw × 1
= dч rчVw = Stk.
(15)
F 6 r 3 pm d V 18 m r w
с г ч ц г
Отношение в правой части уравнения (15) есть критерий Стокса. Stkw, в котором линейный параметр r представляет собой радиус вра- щения газового потока.
Это позволяет выразить коэффициент осаждения частиц под дей- ствием центробежной силы в виде:
hw = f (Rew,Stkw).
Инерционное осаждение частиц
Инерционное осаждение происходит в том случае, когда масса частицы или скорость ее движения настолько значительны, что она не может двигаться вместе с газом по линии тока, огибающей препятст- вие, а стремясь по инерции продолжить свое движение, сталкивается с препятствием и осаждается на нем.
При обтекании твердого тела (или капли) запыленным потоком частицы вследствие большой инерции продолжают двигаться поперек изогнутых линий тока газов и осаждаются на поверхности тела (рис.
3.1 в).
Коэффициент эффективности инерционного осаждения, hStk, оп- ределяется долей частиц, извлеченных из потока при обтекании им те- ла.
|
|
|
Критерий Стокса является единственным критерием подобия инерционного осаждения. Stk называется «инерционным параметром» и характеризует отношение инерционной силы, действующей на час- тицу, к силе гидравлического сопротивления среды. Критерий числено равен отношению расстояния, проходимого частицей с начальной ско- ростью Vч при отсутствии внешних сил до остановки, к характерному размеру обтекаемого тела (например, диаметру шара).
Stk = Vч rчdч Ck; h = f (Stk).
18 mг 2 R
Stk
Зацепление
Зацепление (эффект касания) наблюдается, когда расстояние час- тицы, движущейся с газовым потоком, от обтекаемого тела равно или меньше ее размера (рис. 3.1 г).
Размер частицы играет важное значение при захвате частиц за счет касания частей поверхности обтекаемого тела. Если пренебречь инерционными эффектами и считать, что частица точно следует в со- ответствии с линиями тока, то частица осаждается не только тогда, ко- гда ее траектория пересечется с поверхностью тела, но и в случае пере- сечения линии тока на расстоянии от поверхности, равном ее радиусу.
Эффект зацепления характеризуется параметром R, который представляет собой отношение диаметров частицы dч и обтекаемого тела dT.
Эффективность осаждения при зацеплении может быть представ-
лена в виде:
⎛ ⎞
h = f ⎜ Stk; Stk ⎟,
|
⎝ T ⎠
где ReТ - критерий Рейнольдса для обтекаемого тела.
Анализ уравнений, описывающих зацепление показывает, что эффект зацепления увеличивается при осаждении частиц на сферах с малым диаметром. Осаждение частиц за счет эффекта зацепления не
зависит от скорости газа, но в значительной степени определяется ре- жимом течения газового потока.
Диффузионное осаждение
Частицы малых размеров подвержены воздействию броуновского (теплового) движения молекул, в результате которого возможно осаж- дение этих частиц на поверхности обтекаемых тел или стенок аппарата (рис.3.1 д).
|
|
|
Перемещение частиц в этом случае описывается уравнением Эйнштейна, согласно которому средний квадрат смещения частицы
D X составляет:
2
D X =2 ДчTч,
где Дч - коэффициент диффузии частицы, характеризующий интенсивность броуновского движения, м2/c.
При справедливости закона Стокса, когда размер частиц больше среднего пути пробега молекул, Дч можно выразить как функцию раз- мера частиц:
Дч =
Сk КБТг,
2 pm
гdч
где КБ - постоянная Больцмана, равная 1,38×10-23 Дж/К.
Для воздуха при Р=760 мм рт.ст. и Т=273 оС:
| Размер частиц, мкм | 1.0 | 0.1 | |
| Коэффициент диффузии, м2/с | 2×10-12 | 2,7×10-11 | 6,1×10-10 |
Как видно, Дч увеличивается с уменьшением размера частиц. Од- нако скорость диффузии даже субмикронных частиц весьма мала по сравнению со скоростью молекул газов, поскольку коэффициент диф- фузии частиц на несколько порядков меньше. Анализ уравнений пока- зывает, что эффективность диффузионного осаждения обратно про- порциональна размерам частиц и скорости газового потока.
|
|
|
