ГРАВИТАЦИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ

НА ПРЕПЯТСТВИЕ [2]

Механизм гравитационного осаждения частиц реализуется при их оседании со скоростью витания, т. е. при малых скоростях газа. Эффективность гравитационного осаждения на волокне может быть достаточно велика лишь для частиц диаметром более 1 мкм при скорости менее 0,05 см/с. В этом случае эффективность улавливания частиц за счет эффекта гравитационного осаждения равна

h_г = С¢ d²_p r_p g/ 18 m_g u_o. (42)

В реальных условиях фильтрации гравитационный механизм осаждения из-за малых скоростей витания не играет заметной роли.

Механизм гравитационного осаждения заметную роль играет при улавливании частиц свободно падающими каплями воды. В этом случае предполагается, что размер водяных капель в воздухе не изменяется, а эффекты диффузии и касания не значительны. Значения эффективности улавливания каплями для ламинарного и турбулентного течений можно определить по рис. 8. и 9.

Максимальная эффективность улавливания частиц наблюдается для капель диаметром 0,1–0,2 см.

Фактическую эффективность рассчитывают по формуле Ленгмюра

, (43)

где Re = u_or_g d_c/ m_g; d_c – диаметр препятствия (капли); h_vis и h_pot – эффективность улавливания для вязкого и потенциального течений (см. рис. 6); при этом скорость падающих капель определяют по рис. 8.

	Диаметр капли, см

	Рис. 9. Зависимость эффективности улавливания частиц (rр = 2 г/см3) от их диаметра свободно падающими каплями воды

5. ОСАЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ ЗА СЧЕТ МЕХАНИЗМА ДИФФУЗИИ [2]

Субмикронные частицы практически не улавливаются за счет механизмов инерционного соударения и касания из-за того, что они движутся в основном по линиям тока и обтекают препятствия. В неподвижном газе в результате броуновской диффузии частицы смещаются с линий тока и осаждаются на препятствии. Чем меньше размер частиц и скорость их движения, тем эффективнее процесс захвата частиц за счет механизма броуновской диффузии (рис. 4).

Вблизи поверхности препятствия концентрацию частиц можно описать следующим уравнением:

С= С_i [1– (r_c/ s)], (44)

где r_c – радиус препятствия, см; s – расстояние от центра препятствия, см; С_i – концентрация частиц в основном объеме газового потока, см^-3.

Скорость осаждения частиц j на препятствие сферической формы для неподвижного газа равна

j = 4 p D_pr_cC_i, (г/с), (45)

где D_p – коэффициент диффузии частицы, который можно рассчитать по формуле

D_p = RTC¢/ 3p m_g d_pN. (46)

В уравнения для определения эффективности диффузионного осаждения на препятствие в виде изолированного волокна обычно входит число Пекле, представляющее собой отношение общей скорости переноса в объеме к скорости диффузии:

Ре = u_od_c/D_p = u_od_c3p m_g d_p/C¢kT. (47)

Эффективность диффузионного осаждения на волокне в ламинарном потоке можно описать по уравнению Торгенсена [2]:

h_D = 0,75(C_DRe_g/2)^0,4Re_g^-0,6, (48)

где C_D – коэффициент сопротивления для цилиндрических препятствий, который можно рассчитать по формуле Лэмба [2]

C_D= 8p / Re_g [2-ln(Re_g)], (49)

где Re_g – число Рейнольдса для газа относительно препятствия при ламинарном потоке, которое определяется по формуле

Re_g= u_or_gd_c/ m_g, (50)

где u_o – скорость газа в отсутствие препятствий, см/с; r_g – плотность газа, г/см³; m_g – вязкость газа, П; d_c – диаметр препятствия, см.

Эффективность улавливания частиц за счет диффузионного эффекта при турбулентном потоке (вязкое течение) в упрощенном виде можно представить:

h_D = k(d_cd_pw_f)^-2/3, (51)

где k – коэффициент; d_c – размер препятствия; w_f – скорость фильтра-ции.

Экспериментально установлено, что захват частиц за счет броуновской диффузии является заметным лишь при d_p < 0,1 мкм и скорости их движения менее 1 м/с.

Общая эффективность очистки газового потока h с учетом всех рассмотренных основных механизмов осаждения частиц на поверхности препятствия может быть найдена по формуле

h = 1 – (1– h_и) (1 – h_к) (1– h_г)(1– h_D). (52)

Как показывает практика, процессы осаждения частиц на препятствии (волокна, капли и др.) в значительной степени зависят от размера частиц, размеров препятствия, скорости потока газа (скорости фильтрации), размеров пор фильтроматериала, параметров газового потока и др. Кроме того, на оседание частиц большое влияние оказывает такое явление, как фильтрование частиц через слой осадка, где процессы являются нестационарными и трудно рассчитываемыми.

Контрольные вопросы

1. Напишите общее уравнение осаждения частиц в потоке газа в отсутствие препятствия.

2. Объясните механизм инерционного осаждения частиц на препятствие.

3. Сущность процесса улавливания частиц на препятствии по механизму касания.

4. Процесс гравитационного осаждения частиц на препятствие.

5. Объясните сущность процесса осаждения частиц за счет механизма диффузии.

6. Общее уравнение очистки газа от аэрозолей с учетом всех ме-ханизмов взаимодействия их с препятствием.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: