Страус В. - Промышленная очистка газов (1044946), страница 45
Текст из файла (страница 45)
%-6. Из кривых следует, что конфигурация П, подразумевающая расположение частиц горизонтальными рядами, блестяще согласуется с экспериментальными данными, полученными для частиц больших концентраций (более, чем с=0,2). При очень низких концентрациях предположение о среднем градиенте давления на основе производной поправочного коэффициента оправданонсполностью поскольку он стре и у соких концентрациях градиент (3 давление имеет конечное значение, и результаты полностью совпадают с экспериментальч), (5 ной кривой. и Рпс. !Ч-б.
Экспсриментальныс н расчетныс поправочимс коэффициенты [) для осаждения в тормозящей среде (коэффициенты рассчитаны для конфигураций 1 и П, см. рис. 1Ч-5) [6841( ) — концентрвцня прн теоратнческом по. превочном ноэффнцненте (конфнгурвцкк Н; у — концентрвцня прн пооревочнон коэффнцненте а П вЂ” С) ™; а — концентрация прн теаратнческом коэффнцнен е (кон. фнгурвцня И); Š— конце|првцня прн по. прввочвом коэффнг(нанте Р П +б.бтб С). 0 07 йй (43 0эф 0$ б' 2!4 6.
ОСАЖДЕИИЕ ЧАСТИЦ ИЗ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКЛ /Ф, "Ф р„ис Ог 1 1ис' и ' р' ' и 1) У. 51) еле ис — скоресть скольжения. <1У.Б2) В предыдуших разделах подразумевалось, что поток в газоходс, трубопроводе нли газоочнститсльной установке имеет ламинарное течение, хотя на практике он часто может быть турбулентным.
Строение турбулентной области в трубопроводах изучалось методом ансмомстрин; она нмсст трн части: центральная область турбулентности, где важную роль играет диффузия энергии; область вблизи стснки с вязким течением, где образование и диффузия турбулентных потоков (как и вязкое течение) играют одинаково важную роль. переходная область, в которой энергия диффузии менее значительна, чем локальнос изменение энергии турбулентности (буфсрная область).
Многис исследователи 1216, 274, З)9, 617) показали, что скорость осаждсння частиц из турбулентного потока значительно выше, чем можно было бы ожидать из оценки гравитационных, термических илн электростатических снл, броуновской диффузии (см. главу Ч11), либо таких аэродинамических сил, как вращение частицы. Общепринятая модель осаждения частиц из турбулентного потока основана на том, что частицы переносятся к кромкс пограничного слоя турбулснтным потоком, и затем проскакивают через ламииарный слой. Очень малснькис частицы, нс обладающие достаточной ннсрцисй для проскока к стенке, могут быть псрснсссны туда броуновской диффузной.
Однако вклад этого механизма в скорость осаждения весьма незначителен прн осаждении смеси частиц, глс лишь небольшая фракция характсризустся субмнкроннымн размерами. Для корреляции экспсримснтальных результатов и получения полезных уравнений для расчетов скорости осаждения 14491 используется пространственный анализ. Назовем скорость осаждения потоком частиц У,. Другими важными псрсмс~ными являются концентрация частиц (число частиц в единице обьсма) С, диаметр частиц с( и их плотность р„, плотность срсды р и кинетическая вязкость ч, конечная скорость частиц иь коэффициент броуновской диффузии Рв 1см. уравнение (Ъ'П.22)1 и давление скольжения у стенки те, Этн девять псрсмснных образуют шесть нсзависимых групп Величина тс может быть рассчитана либо из формулы Влазиуса [309) для Кс(105 ( ч Ътц т = 0.0225риз ( — 1 з — гио/ (1н.
58) где Π— диаметр трубы или газохода; (1 — срсдияи скорость газа. или приближенно вычислена из коэффициента трения Фаннинга т„=. (и/р/8 (1Н. 54) где / — иайдсиа из рис. П-б, см. с. 578, или приблизптельио одеисио из ураа- иеиия: 0,288йс — 0,242 (1Ч.55) Группа /ьго/итС представляет собой отношение скоростей переноса частиц вперед и вдоль стенки, группа итг//ч — число Рсйнольдса для частицы; р,/р — относительная плотность частиц по отношению к срсде, Сг(з — мера объема частиц; иг/и,— отношение конечной скорости частиц к скорости сдвига, характеризующее действие внешней силы, и Р/и — обратное отображение числа Шмидта [уравнение (Н11.26)1, представляющее собой отношение коэффициента молекулярного массопереноса и момент количества движения.
Если прснсбрсчь силой тяжести или внешними силами и концентрационными эффектами, уравнение (1Н.51) упрощается до вы- ражения ()ч'. 56) Далее, если пренебречь броуновской диффузисй — — — =0 (17.57) Если при некоторых других обстоятельствах группа, включающая броуновскую диффузию Рв, играет более важную роль, чем отно- сительная плотность, то (1Ч.58) Фридляндср [2471, основываясь на экспериментальных работах Лина, Мултона и Путнама [513] и предполагая, что скорость пере.
носа равна 0,9 и,, показал, что для оа 5 ~о и С ' 1525 216 где За=яма/ч, и тормозное расстояние Я по смыслу соответствует Ф [уравнение (НП.10) ), Для сферических частиц, движуп(ихся в режиме Стокса Я* =0,05 ( " †' ) — р (1Ч.60) Подставляя это выражение в (!Ч.59), получаем —,' =1,6Л 10- (1Ч.61) что находится в полном соответствии с уравнением (1Ч.57), полученным методом пространственного анализа. Вместо простого безразмерного тормозного расстояния Дэви (209] построил экспсриментальный график с использованием величины (о*+у*) в качестве параметров, где гч — безразмерный РаДИУС ЧаСтИЦЫ, РаВНЫй Ге=тих/лнз ~о (5 + г') птСо 600 (1Ч. 62) Пример. Аэрозоль, состоящий из частиц радиусом 2,5 мкм, плотностью 2.6 10з кг/мз (мелноднспсрсный кварц), течет со скоростью 6 м/с вдоль гладной трубы диаметром 250 мм в потоке воздуха при 20'С (плотность 1,2 нг/м', кинетическая вязкость 1,5.10-з мз/с).
Число Рсйнольдса йе (//у/7=10000. Коэффициент трения граннинга /=0.0315. Используя уравнения (1Ч.52) и (!Ч.54), находим и = (/ ~ — = 0„376 и/с /' / — У з— Подставляя найденное значение в (1Ч.60), находим 5ь=1,7. 217 а Сс — концентрация частиц по центральной линии. Эти уравнения применимы для расчета движения частиц размером от 0,5 до 50 мкм. Дэви 1210] предсказал также, что минимальная скорость осаждения наблюдается в тсх случаях, когда скорости турбулентного .н броуновского осаждения приблизительно равны.
Это затем было доказано экспсриментально 191б]. Аналогичное явление наблюдалось для частиц диаметром от 0,5 до 2 мкм, т. е. для более мелких частиц, чем указывал Дэви, предполагавший, что максимальный размер частиц должен быть 3 мкм 12!О]. Уравненмя (1Ъ'.59, !Ч.51, 1У.52) могут применяться для расчета скорости осаждения только в тех случаях, когда соблюдаются слсдующис строгие условия: 1) поток полностью сформирован; 2) отсутствуют зиачительныс внешние силы, такие как гравитационные или электростатические; 3) отсутствует эффективное увеличение частиц с поверхностей, иа которые они осели; 4) поверхности гладкие и концентрации частиц невысоки. Применение упомянутых урависний можно проиллюстрировать примером.
Из уравнения (1к'.69) ЛЦисС=1,86 10-', зто значеннс может быть получено также прямой подстановкой в уравнсннс (1у61). Таким образом, Л),1С= =0000104 м/с. Если С=10 частнп в 1 м1, то Во=1.04.10з м з с 7. АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ НЕСФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ В то время как маленькие капли и частицы дыма, образующиеся в процессе конденсации паров, стремятся принять сферическую форму, частицы, образующиеся в процессе кристаллизации н дробления, обычно имеют другую форму.
Поэтому уравнении, приведенные в предыдуших разделах для сферических частиц, должны быть модифицированы в случае их использования для несферичссних частиц. Более того, при расчетах следует учитывать ие только форму частиц, но и их ориентацию и возможное се изменение во время переноса частиц. Поскольку расчеты газоочистительной установки связаны с аэродинамическим поведением частиц, наиболее полезные данные о размерах частиц могут быть получены для областей потока, с которыми обычно сталкиваются при работе установки, мстодамн, основанными на аэродинамике, например седимснтация или воздушная классификация. Размер частиц выражают через диаметр сферы с такими жс параметрами аэродинамического сопротивления, как и у изучаемой частицы, и имеющий ту жс плотность.
Это так называемый диаметр лобового сопротивления, н он может быть заменен диаметром сферы в уравнениях аэродинамического сопротивления сферических частиц, приводившихся в предыдущих разделах. Если диаметр лобового сопротивления неизвестен для области потока, требуемой для расчетов, или если размеры частиц не были определены каким-либо другим методом, например основанным на геометрии частиц (рассеивание, микроскопическое измерение размеров)„ то расчет сопротивления потоку становится затруднительным. Для его осуществления необходимо детальное изучение поведения нссфсричесних частиц в потоке, Ориентация частиц зависит от области потока. )зля области вязкого течения теоретически предсказано (2881, что частицы с тремя взаимно-псрпенднкулярнымн плоскостями симметрии будут сохранять свою первоначальную ориентацию, тогда как частицы а двумя плоскостями симметрии будут ориентироваться таким образом, чтобы линия пересечения плоскостей совпадала с направлением потока.
В соответствии с этими предсказаниями было отмечено, что изометрические частицы (нубы, тетраэдры, октаэдры) и некоторыс нснзомстрнчссниа частицы (цилиндры, параллелепипеды) сохраняют свою первоначальную ориентацию (359, 46)1, в то время кан круглые диски (736) и треугольные пластины [904) ориентируются по предпочтительному направлению. Было также отме чсно, что споры ВасШ1 зпЬНЬ, представляющие собой удлиненные сфсроиды длиной ),38 мкм н диаметром 0,74 мкм, стремятся дви- 218 гаться так, чтобы их главная ось совпала с направлением движения (3181. За областью вязкого течения (Кс)0,05) наблюдается стремление частиц ориентироваться по предпочтительному направлению, прн котором наибольшая проекция площади перпендикулярна направлению движения. Предпочтительная ориентация была строго установлена для кубов и тетраэдров при Ке= 1О, а для частиц других форм — при Ке=20.
При значениях Ке=70 — 300 возникает неустойчивая ориентация частиц: одни из них качаются из стороны в сторону, другие — вращаются, третьи движутся по спирали (стсржни вращаются вокруг своей оси, кубы и диски испытывают боковос скольжение; тетраэдры движутся по спирали) 1348]. Часто отмечается боковое скольжение и колебания частиц в виде дисков, что напоминает движение падающих листьев. Наряду с ориентацией частиц, в уравнении аэродинамического сопротивления для сферических частиц необходимо ввести еще два коэффициента, если эти уравнения используются для несферических частиц. Это эквивалентный диаметру сферы линейный размер и поправочный коэффициент площади поверхности частицы, необходимый для уточнения поверхностного члена в уравнении (Ю.2) . Введенный выше диаметр лобового сопротивления включает оба эти коэффициента и зависит от аэродинамического поведения частиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
