Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Гравитационное осаждение частиц

Способы отделения взвешенных частиц от взвешивающей среды

В основу действия пылеулавливающих и сепарационных устройств положен определенный физический механизм. В пылеуловителях и сепарационных устройствах находят применение следующие способы отделения взвешенных частиц от взвешивающей среды, т. е. воздуха (газа): осаждение в гравитационном поле, осаждение под действием сил инерции, осаждение в центробежном поле, фильтрование, осаждение в электрическом поле, мокрая газоочистка и др.

Гравитационное осаждение. Частицы аэрозоля осаждаются из потока загрязненного газа (воздуха) под действием силы тяжести. Для этого необходимо создать соответствующий режим движения загрязненного газа в аппарате с учетом размера частиц, их плотности и т. д.

Инерционное осаждение. Инерционное осаждение основано на том, что частицы аэрозоля и взвешивающая среда ввиду значительной разности плотностей обладают различной инерцией. Частицы аэрозоля, двигаясь по инерции, отделяются от газовой среды.

Осаждение под действием центробежной силы. Происходит при криволинейном движении пылегазового потока. Под действием возникающих центробежных сил частицы аэрозоля отбрасываются на периферию аппарата и осаждаются.

Эффект зацепления при фильтровании. Частицы аэрозоля, взвешенные в воздушной (газовой) среде, задерживаются в узких извилистых каналах и порах при прохождении аэрозольного потока через фильтровальные материалы.

Осаждение в электрическом поле. Проходя электрическое поле, частицы аэрозоля получают заряд. Двигаясь к электродам противоположного знака, они осаждаются на них.

Мокрая газоочистка. Смачивание поверхности элементов аппаратов водой или другой жидкостью способствует задержанию частиц на данной поверхности.

В практике пылеулавливания и сепарации аэрозольных частиц находят применение и другие методы: термофорез, фотофорез, укрупнение частиц в

акустическом поле, воздействие магнитного поля, биологическая очистка и др.

В пылеулавливающих и сепарационных устройствах, наряду с основным механизмом улавливания, обычно используются и другие закономерности. Благодаря этому общая и фракционная эффективность аппарата достигает более высокого уровня.

 

Работа гравитационных пылеулавливающих устройств основана на законах гравитационного осаждения, т. е. осаждения пылевых частиц под действием силы тяжести. Явления осаждения имеют место также в аппаратах, действие которых, главным образом, основано на использовании других сил.

Рассмотрим прямолинейное равномерное движение частицы, подчиняющееся закону Ньютона. Возможные конвективные токи не учитываются.

При движении частица встречает сопротивление среды, которое может быть определено

Fс = ζч Sч wч2ρ0/2, (2.1)

где S ч - проекция поперечного сечения частицы на направление ее движения (площадь миделева сечения), м2; ρ0 - плотность среды, кг/м3; w ч – скорость частицы, м/с; ζч - аэродинамический коэффициент сопротивления частицы.

Коэффициент сопротивления частицы ζч зависит от числа Рейнольдса Re ч. Для шаровой частицы

Reч = wч dч ρ00, (2.2)

здесь μ0 - динамическая вязкость воздуха (газа), Па.с; d ч, - диаметр частицы, м.

Соответствующая зависимость приведена на графике (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Зависимость коэффициента лобового сопротивления шаровой частицы ξч от критерия Rеч (кривая Рэлея)

 

Согласно экспериментальным данным коэффициенты сопротивления для шаровой пылевой частицы имеют следующие значения (табл.2.1).

 

Таблица 2.1

Зависимость коэффициента сопротивления от режима движения

Re ч ≤ 2 2 < Re ч< 500 500 < Re ч< 150000
ζч = 24/ Re ζч = 18,5/ Re 0,5 ζч = 0,44

 

Приняв значение ζч, для случая ламинарного движения в области Re ч < 2, ζч = 24/ Re ч, подставим значение его в формулу Ньютона (2.1.)

Fс = (24/Reч)(π dч2/4)(wч2ρ0/2) = 24 μ0 π dч2 wч2ρ0/(8 wч dч ρ0)

(2.3)

и получим

Fс=3πμ0dчwч (2.4)

Эта формула выражает закон Стокса: сила сопротивления, испытываемая твердым шаровым телом при медленном движении в неограниченной вязкой среде, прямо пропорциональна скорости поступательного движения, диаметру тела и вязкости среды.

Закон Стокса применим при ламинарном движении частиц, когда Re ч <2. Область применения закона Стокса практически определяется размерами

частиц и требуемой точностью: при 16.10-4 < d ч < 30.10-4 см, неточность составляет 1 %; при 1,6.10-4 < d ч <70.10-4 см - 10 %. Если допустима большая неточность, можно распространить формулу (3.4.) на область 10-5 < d ч< 10-2 см, т. е. практически на все размеры пылевых частиц, подвергающихся улавливанию.

График, выражающий зависимость ζч от Re ч (рис.2.1.), состоит из трех частей. При 5∙102< Re ч <5∙105 сопротивление характеризуется в области развитой турбулентности законом Ньютона. На этом участке коэффициент сопротивления ζч автомоделен относительно числа Рейнольдса (ζч = 44). При Re ч < 1 сила сопротивления определяется законом Стокса. Зависимость ζч от ч выражается прямым участком в логарифмических координатах.

Для точных вычислений в закон Стокса вводится поправка Кенингема С к для частиц размером 0,2-2,0 мкм:

Fс=3π μ0 dч wч/Cк (2.5)

Ниже приведены значения поправок С к для воздуха при t = 20°C и нормальном атмосферном давлении (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Поправка Кенингема

d ч, мм 0,003 0,01 0,03 0,1 0,3 1,0 3,0 10,0
С к 90,0 24,3 7,9 2,9 1,57 1,16 1,03 1,0

 

Пылевые частицы малых размеров участвуют в броуновском движении - беспорядочном хаотическом перемещении частиц под действием ударов молекул. Чем меньше размер частицы, тем большую роль в ее перемещении играет броуновское движение.

Согласно уравнению Эйнштейна перемещение частицы в броуновском

движении Δ х равно

Δx = √2DчT0 (2.6)

где D ч - коэффициент диффузии частицы, характеризующий интенсивность броуновского движения, м2/с; Т 0 - абсолютная температура воздуха (газа), в котором перемещается частица, К.

По имеющимся зависимостям определены скорости осаждения частиц различных размеров и их смещение при броуновском движении за 1 с (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Скорости осаждения и броуновского смещения малых частиц

Диаметр частиц, d ч, мкм   Критерий Рейнольдса   Скорость осаждения, см/с Броуновское смещение за 1 с, см
  13,2 1,2 1,54∙10-4
  0,366 0,11 2,84∙10-4
  1,43∙10-2 1,3∙10-2 5,07∙10-4
0,6 4,62∙10-2 1,39∙10-3 1,0∙10-3
0,2 2,45∙10-5 2,23∙10-4 2,1∙10-3
0,06 1,37∙10-6 4,16∙10-5 5.5∙10-3
0,02 1,26∙10-7 1,14∙10-5 1,06∙10-2

 

Плотность - 1 г/см3, абсолютная температура - 293 К, вязкость воздуха - 1,82∙10-4 пуаз.

 

Как видно из табл. 2.3, скорость осаждения и величина броуновского смещения соизмеримы для частиц, начиная примерно с 0,5 мкм. С уменьшением размера частиц скорость осаждения резко снижается и возрастает броуновское смещение. Для частиц размером 0,05…0,02 мкм оно уже на два - три порядка превышает путь частицы при свободном падении. Поэтому высокодисперсные аэрозольные частицы практически не осаждаются, а благодаря броуновскому движению перемещаются в любом направлении.

Если рассматривается движение нешарообразной частицы, в расчетных формулах значение ζч умножается на динамический коэффициент формы χ,

вместо d ч вводят эквивалентный диаметр:

χ = dэ3 / dч3, (2.7)

где d э - эквивалентный диаметр частицы, равный диаметру шара, объем которого равен объему данной частицы, м.

Значения χ для частиц различной формы:

Шаровая.................................................... 1

Округленная с неровной поверхностью...2,4

Продолговатая............................................ 3

Пластинчатая............................................. 5

Для смешанных тел................................. 2,9.

В движении частицы, осаждающейся под действием силы тяжести в неподвижной среде, можно различить три стадии: начальной момент падения; движение с увеличением скорости до того момента, пока силы сопротивления и силы тяжести не уравновесятся; равномерное движение с постоянной скоростью. Первые две стадии имеют малую продолжительность.

В области действия закона Стокса скорость осаждения шаровой частицы определяется

(2.8)

где g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения; ρч - плотность частицы, кг/м3; τр = d ч2.ρч. g /(18∙μc) - время релаксации частицы, с.

Плотностью воздуха (газа) пренебрегаем.

График для определения скорости осаждения частиц пыли различного размера и плотности дан на рис. 2.2.

Если скорость воздуха равна скорости осаждения и направлена против нее, то скорость осаждения частицы пыли в воздухе равна нулю.

Скорость воздуха в восходящем потоке, при которой частица неподвижна (или совершает колебательные движения), называется скоростью витания.

Таким образом, постоянная скорость осаждения частицы пыли в неподвижном воздухе равна скорости ее витания.

Понятие «скорость витания» важно для систем и устройств, в которых происходит перемещение газообразной среды со взвешенными в ней частицами (пневмотранспорт, аспирация, пылеуловители, работающие в основном на принципе гравитации).

Скорость витания пылевых частиц различного размера и плотности может быть определена также с помощью номограммы (рис. 2.2.).

Рис. 2.2. График для определения скорости осаждения частиц пыли различных размеров и плотности в неподвижном воздухе.

 

Рис. 2.3. Номограмма для определения скорости витания частиц пыли.

 

Параметр гравитационного осаждения G равен отношению силы тяжести F т и силе сопротивления среды и может быть выражен отношением скорости осаждения частицы w ч к скорости газового потока v 0:

(2.9)

Уравнение (2.9) может быть представлено также в виде отношения двух критериев

G = Stk/ Fr, (2.10)

где - критерий Стокса; - критерий Фруда; l - определяющий линейный параметр, м.

С учетом уравнения (2.9) определяется и коэффициент осаждения частиц под действием гравитационных сил в подобных геометрических системах в виде зависимости

(2.11)

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Основные электрические свойства пыли — удельное электрическое сопротивление и электрический заряд пыли | Центробежное осаждение частиц
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-14; Просмотров: 5028; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.033 сек.