Практическое занятие № 3. Определение параметров инерционного и безинерционного движения дисперсных частиц в потоке и сопротивление среды их движению

Процессы в аэрозолях: Броуновское движение – это процесс, вызванный столкновением молекул дисперсионной среды (воздуха) с взвешенными в нём частицами дисперсионной фазы. Частицы могут выводиться из аэрозольной системы двумя путями:

1) частицы способны объединяться друг с другом и оседать под воздействием гравитационных или аэродинамических сил (центробежные силы или импакции).

2) частицы могут мигрировать к поверхностям, ударяться о них и оставаться связанными с ними.

Процессы, в результате которых, частицы перемещаются к поверхностям, либо друг к другу называют диффузионными, а движение частиц броуновским.

Если частицы велики по размерам, то импульсы, обусловленные ударами молекул о её поверхность, взаимно компенсируются.

Если же частица мала, то есть размер частицы соизмерим с размерами молекулы дисперсионной среды, то за определённый период времени число ударов молекул с одной стороны окажется больше, чем с другой стороны. Поэтому, давление, которое будет испытывать частица, будет неуравновешенно, а броуновское движение способствует выравниванию концентрации частиц в газе.

Диффузия – это самопроизвольный процесс движения аэрозоли в направлении градиента концентрации, приводящий к равномерному заполнению объёма дисперсионной среды частицами дисперсионной фазы, начинается процесс выравнивания концентраций частицы из области с более высокой концентрацией перемещаются в область более низких концентраций до тех пор, пока их концентрации не станут одинаковыми.

1). Чем ближе размер частиц дисперсионной фазы к размеру молекул дисперсионной среды, тем более выражен процесс диффузии.

2). Чем меньше концентрация частиц, тем больше длина их свободного пробега.

Пример: аэрозольные частицы при броуновском движении перемещаются хаотически, при этом происходит смещение и вращение частиц.

Процесс диффузии объясняется законом Фика: I

Согласно первому закону Фика, число частиц, пересекающих единицу поверхности в единицу времени пропорционально градиенту концентрации нормальному к этой поверхности.

D – коэффициент диффузии, – градиент концентрации,

, II. Если происходит зацепление частицы к стенке, то ,

Где – путь частицы до стенки.

Пример: частица диффундирует через щель шириной 2 см, концентрация слева от щели в 10 раз больше, чем справа и составляет 10⁷ частиц/см³. За 1 сек 100 частиц переходит через 1 см² щели. Найти коэффициент диффузии.

Тогда

Введём понятие: величина B – это подвижность сферы (частицы) и она равна . Если сфера имеет массу, то В можно определить:

Пример: аэрозоль состоит из частиц диаметром 0,5 мкм и С=10³ см^-3, удалённых на 1 мм от стенки, определить скорость оседания частиц на 1 см² стенки при температуре воздуха t_{воздуха}=20^оС.

Решение:

J – количество частиц, которое перейдёт.

Броуновское смещение на расстоянии S. Среднеквадратичное смещение:

при трёхмерном движении

Броуновское вращение

Среднеквадратичный угол вращения частицы относительно выбранной оси за время t:

, – вращающая способность сферической частицы.

Пример: определить среднее число оборотов, которое совершит частица за 1 минуту, d_r =0,5 мм в воздухе при t =20^о.

Пример: аэрозольные частицы при броуновском движении перемещаются хаотически, при этом происходит смещение и вращение частиц.

Процесс диффузии объясняется законом Фика: I

Согласно первого закона Фика, число частиц, пересекающих единицу поверхности в единицу времени пропорционально градиенту концентрации нормальному к этой поверхности.

D – коэффициент диффузии

– градиент концентрации

II. Если происходит зацепление частицы к стенке, то

, где

– путь частицы до стенки.

Пример: аэрозоль состоит из частиц диаметром 0,5 мкм и С=10³ см^-3, удалённых на 1 мм от стенки, определить скорость оседания частиц на 1 см² стенки при температуре воздуха t_{воздуха}=20^оС.

Решение: J – количество частиц, которое перейдёт.

Броуновское смещение на расстоянии S.

Среднеквадратичное смещение:

при трёхмерном движении

Броуновское вращение

Среднеквадратичный угол вращения частицы относительно выбранной оси за время t:

– вращающая способность сферической частицы.

Пример: определить среднее число оборотов, которое совершит частица за 1 минуту, d_r =0,5 мм в воздухе при t =20^о.

Дата добавления: 2014-12-16