Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






В ЭЛЕМЕНТАРНОМ ОБЪЕМЕ ПОТОКА ГАЗА




В ОТСУТСТВИИ ПРЕПЯТСТВИЯ [2]

 

Составим материальный баланс частиц в элементарном объеме потока газа (рис. 2).


 

 

Оценим потерю частиц из потока газа в элементарном объеме за счет осаждения:

Объемная скорость потока (см3/с) Q=Hf W ug.

Уменьшение концентрации частиц dn= n1-n2.

Потеря частиц из элементарного объема Qdn = –ugHfW dn.

Оценим количество осевших частиц:

Площадь осаждения в элементарном объеме равна

WdL= dAd.

Объемная скорость осаждения (см3/с) udWdL.

Осело частиц за 1 с udnd dAd.

Таким образом, уравнение материального баланса по частицам (потеря частиц из объема равна количеству частиц осевших на площадь WdL) имеет вид:

 

– ug Hf W dn = udndW dL (28)

или

– Q dn = ud nd d Ad. (29)

 

Можно наблюдать два случая:

1) отсутствие перемешивания в потоке газа:

в этом случае концентрация в объеме будет постоянной и равна входной концентрации n. Тогда уравнение баланса будет иметь следующий вид:

 

– dn = ud nd d Ad/ Q (30)

или

, (31)

где h – эффективность удаления частиц.

2) полное перемешивание характеризуется тем, что в любой плоскости, перпендикулярной потоку газа, концентрация частиц nd = n, и уравнение принимает вид:

 

, (32)

 

, ;

 

n2/n1 = exp (–ud Ad/ Q). (33)

 

Соотношение n2/n1 характеризует величину проскока частиц равную 1–h для любого устройства очистки. Реально скорость осажде-ния частиц в устройствах сильно зависит от размера частиц, характера потока газа, свойств газа и вида препятствия на пути их движения.

На практике процесс очистки газа от аэрозольных частиц путем осаждения их на различных препятствиях происходит за счет совокуп-ного действия эффектов инерционного осаждения, касания, гравита-ционного, диффузионного и других видов осаждения (рис. 3–5).

 

Рис. 3. Механизмы захвата частиц - касание и инерция: 1– частицы; 2 – инерционный захват; 3 – нить или волокно; 4 – касание; 5 – линии тока     Рис. 4. Механизмы захвата частиц – диффузия и электрическая сила: 1– частицы; 2 – диффузия; 3 – нить или волокно; 4 – электрическая сила; 5 – линии тока     Рис. 5. Механизм захвата частиц - ситовый эффект: 1– частицы; 2 – диффузия; 3 – нить или волокно; 4 – ранее захваченные частицы; 5 – частица, размер которой больше отверстия  

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим отдельные механизмы улавливания частиц из потока загрязненных отходящих газов различными видами препятствий.

 

2. МЕХАНИЗМ ИНЕРЦИОННОГО ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ НА ПРЕПЯТСТВИЯ [2]

 

В случае возникновения в газовом потоке препятствий, как, например фильтровального волокна, капель тумана и т. п., крупные частицы из-за инерции не успевают изменять направление и сталкиваются с ним, а мелкие частицы его обтекают (рис. 3). Улавливание частиц за счет инерции называется импакцией.

Эффективность инерционного улавливания h определяется как отношение числа частиц, сталкивающихся с препятствием, к числу частиц, которые столкнулись бы с препятствием, если бы линии потока газа не отклонялись им. При равномерном распределении частиц в потоке газа эффективность улавливания h равна отношению очищенной площади поверхности к площади поперечного сечения препятствия (предполагается, что все сталкивающиеся с препятствием частицы захватываются им).

Для сферического препятствия:

 

hи = (уо/rc)2. (34)

 

Для цилиндрического препятствия:

 

hи = уо/rc, (35)

 

где уо – расстояние от оси до граничной линии потока, для которой возможно еще соударение с препятствием; rc – радиус препятствия.

Экспериментальные исследования показывают, что эффект инерционного осаждения частиц зависит от критериев Стокса и Рейнольдса (h = f (St, Re)). Критерий Стокса отражает относительное воздействие на частицу силы тяжести и сил вязкости газа. Критерий Стокса St = 2х/dc, где х – путь торможения частицы; dc – диаметр препятствия.

Число Рейнольдса для воздуха относительно препятствия определяется как

 

Re = uorgdc/ mg, (36)

 

где uo – скорость воздуха относительно помехи, см/с; rg – плотность газа, г/см3; dc – диаметр препятствия, см; mg – абсолютная вязкость газа.

Приравнивая силы инерции частицы и сопротивления воздуха движению частицы, получим уравнения ее движения:

 

; (37)

(38)

 

где Кр (инерционный параметр) = ; ; ; ; ; t¢ = 2uot/ dc; uo – начальная скорость частицы относительно препятствия; dc – диаметр волокна; dc/2 – характеристи-ческий размер препятствия (для сферического препятствия равен его радиусу); up и np – составляющие скорости частицы в направлениях Х и Y соответственно; ug и ng – составляющие скорости газового потока относительно препятствия в направлениях Х и Y соответственно; С¢ – поправочный коэффициент Каннингхема.

Для потенциального (ламинарного) течения при значениях Кр, превышающих 0,2, экспериментально полученные величины эффективности инерционного улавливания в случае сферы приблизительно описываются соотношением [2]

 

hи = [Kp/(Kp +0,7)]2. (39)

 

В большинстве случаев теоретические решения уравнений (31) и (32) позволяют определить критическое значение Кр, ниже которого не происходит инерционного улавливания. Для цилиндра Ккрит =0,125, а для сферы Ккрит =0,083. Во многих работах показано, что данные значения являются теоретически предельными. В действительности же в случае турбулентного потока происходит улавливание частиц на обратной стороне препятствия и эффективность улавливания для Кр £ Ккрит не равна нулю.

Как и в случае сферы, инерционное улавливание цилиндром представляет функцию параметра соударения, а режим потока определяется числом Рейнольдса для коллектора Rec. Если Rec <1, то поле потока вокруг цилиндра рассматривается как вязкое, а если Rec >100, то поток вокруг цилиндра можно приближенно считать потенциальным.

Опытная зависимость эффективности очистки газа за счет инерционного эффекта hи от числа Стокса и Рейнольдса показана на рис. 6 и 7. Числа Рейнольдса в диапазоне 0,2<Re<150 охватывают переходную область от ламинарного к турбулентному течению газа.

 

Рис. 6. Экспериментальные и расчетные значения эффективности улавливания для сферических и цилиндрических коллекторов: 1 – сфера (теория, потенциальное течение); 2 – сфера (эксперимент); 3 – цилиндр (эксперимент); 4 – сфера (теория, вязкое течение)

 

 


 

 

Рис. 7. Зависимость эффективности улавливания на изолированном волокне от инерционного параметра при разных числах Рейнольдса

 


Инерционный эффект осаждения частиц практически отсутствует при движении частиц размером менее 1 мкм со скоростью менее 1 м/с.

 

3. УЛАВЛИВАНИЕ ЧАСТИЦ ЗА СЧЕТ МЕХАНИЗМА КАСАНИЯ [2]

 

Эффект улавливания частиц за счет касания с препятствием (рис. 3) наблюдается при условии, что траектория частиц проходит от поверхности препятствия на расстоянии, равном или менее радиуса частицы. Эффективность очистки касанием hк определяется соотно-шением размеров пор фильтрующего материала dп и частиц dр. При dр > dп наблюдается удаление частиц входной поверхностью фильтра (ситовый эффект) с образованием слоя осадка (см. рис. 5).

Эффективность улавливания за счет механизма касания для частицы движущейся по линии тока в ламинарном течении можно рассчитать по формуле [2]

 

hк= (1+Кк)2 – [ 1/(1+ Kк)], (40)

 

где Кк – параметр перекрывания, который определяется соотношением Кк= dp/dc, здесь dp – диаметр частицы, dc – диаметр нити.

Для турбулентного течения газа

 

hк= 1+Кк – [1/(1+ Kк)]. (41)

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных