< Предыдущая		Оглавление		Следующая >

6.4. Инерционное осаждение аэрозольных частиц

При инерционном осаждении поток аэрозоля, перемещающийся со значительной скоростью, изменяет направление движения. Движущиеся в потоке аэрозольные частицы вследствие большой инерции не следуют за потоком, а стремятся сохранить первоначальное направление движения, двигаясь в котором оседают на стенках, перегородках, сетках и других элементах аппарата.

При обтекании твердого тела (или капли) запыленным потоком частицы вследствие большей инерции продолжают двигаться поперек изогнутых линий тока газов (рис. 6.5) и осаждаются на поверхности тела (капли).

Коэффициент эффективности инерционного осаждения определяется долей частиц, покинувших поток при изменении направления вследствие обтекания им различного рода препятствий.

Инерционная сепарация может происходить в криво- и прямолинейных потоках. При теоретическом рассмотрении циклонной сепарации обычно принимали, что тангенциальная составляющая скорости движения частицы совпадает со скоростью среды, и определяли радиальную составляющую ее относительной скорости, возникающую под действием центробежной силы в зависимости от скорости воздуха и геометрии циклона.

Рис. 6.5. Осаждение частиц на шаре (капле)

Формулы для определения размера наименьших частиц, полностью сепарирующихся в циклоне, выведены из одного и того же условия - равенства центробежной силы силе сопротивления среды:

(6.24)

В прямолинейных потоках инерционные эффекты проявляются при обтекании препятствий. Препятствия могут иметь вид плоских перфорированных листов, реек, цилиндров (волокна, круглые стержни), отдельных сферических тел (шары, капли, зерна) и т.п. Такими препятствиями в обеспыливающих устройствах являются отдельные элементы заполнения фильтров и пылеуловителей, а также капли жидкости, разбрызгиваемой в мокрых пылеуловителях.

Инерционное осаждение в данном случае обусловливается искривлением линий тока воздуха при обтекании им препятствий. Эффективность осаждения или коэффициент захвата определяется соотношением числа частиц, соударяющихся с препятствием, с числом частиц, которые пересекли бы контур препятствия, если последнее не отклоняло бы течения.

Аналитическое решение уравнений движения частиц при обтекании препятствий затруднено необходимостью учета распределения скоростей вблизи препятствий, соотношения размеров частиц и препятствий, а также числа Рейнольдса. Был рассмотрен процесс осаждения частиц из потока шириной 2l на бесконечной пластинке, установленной перпендикулярно направлению потока, при ее симметричном обтекании. Было установлено, что при значениях критерия Стокса St > 1/4(l/v_∞) частицы рано или поздно осаждаются на бесконечной пластинке, а при значениях критерия Стокса St < 1/4(1/_∞) частицы вообще не осаждаются на ней.

Физически это явление объясняется торможением потока, несущего частицы, вблизи передней критической точки обтекания - точки застоя. Движение частиц малого размера при этом настолько замедляется, что они теряют инерцию и под влиянием поперечных составляющих скорости потока сносятся параллельно пластинке, не достигая ее поверхности.

Оказалось, что критические условия осаждения существуют для широкого класса симметричных потоков аэрозолей. Было выявлено, что критические значения критерия Стокса St_кр зависят от формы обтекаемого препятствия и связаны с поведением потока около точки застоя.

Осаждение частицы на препятствии происходит не только при пересечении его контура траекторией центра частицы, но и тогда, когда частица коснется препятствия, т.е., например, когда центр шарообразной частицы приблизится к препятствию на расстояние, равное радиусу частицы. Этот "эффект зацепления" существенно увеличивает эффективность осаждения частиц на очень тонких волокнах или других препятствиях, когда размеры частицы соизмеримы с размерами препятствия.

В высокоэффективных воздушных фильтрах диаметр волокон часто является величиной одного порядка с размерами частиц. К таким фильтрам относятся, например, целлюлозно-асбестовые фильтры, в которых на каркасе из относительно крупного целлюлозного волокна уложены волокна асбеста диаметром в доли микрометра, а также нетканые волокнистые фильтры из смеси толстых и тонких волокон. В этом случае отклонение траектории частиц при обтекании волокон мало, как и при очень больших значениях критерия Стокса St.

С другой стороны, если размеры частиц намного меньше диаметра волокон, очень мат эффект зацепления.

Таким образом, значение St_кр определяет для тела данной конфигурации минимальный диаметр частиц d_min из оседающих на нем:

(6.25)

Чем больше значение St_кр, тем хуже происходит инерционное осаждение мелких частиц при прочих равных условиях. Оказалось, что меньшими значениями St_кр характеризуются тела более обтекаемой формы. Частицы улавливаются тем лучше, чем больше их плотность ρ_ч и скорость потока и меньше линейные размеры препятствия.

Критические значения критерия Стокса и значения минимального диаметра осаждающихся частиц для некоторых препятствий, используемых в обеспыливающих устройствах, приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2. Критические значения критерия Стокса для некоторых препятствий, характерных для фильтров и пылеуловителей

Препятствие	Stкр	Диаметр препятстнвия, мкм	Скорость обнтекающего потока, м/с	Диаметр наименьшей частицы из осаждаюнщихся на препятстнвии, мкм
Цилиндрические волокн на или проволока (вклюнчая пленку замасливателя при ее наличии)	1/8	30	1,5	0,39
		2,5	0,3
		1,5	0,56
	60	2,5	0,43
	350	1,5	1,38
	450	1,5	1,56
	900	2,5	1,7
Капля сферическая	1/12		2,5	0,33
		50	15	0,134
			100	0,052
			2,5	1,04
		500	15	0,425
			100	0,16

На рис. 6.6 приведены результаты расчета осаждения на цилиндрических препятствиях. Параметр φ = Re²/St учитывает действительное значение числа Re обтекания частицы и характеризует степень отклонения от формулы Стокса, которой отвечают очень малые значения φ (φ ≈ 0). Теория инерционного осаждения рассматривает осаждение частиц на фронтальной (передней) части обтекаемого тела и не учитывает их осаждение на задней поверхности тела, которое может происходить за счет турбулентных пульсаций газового потока. Это явление становится существенным при малых значениях критерия St, т.е. при улавливании субмикронных частиц пыли. Поэтому даже при St < St_кр эффективность осаждения не равна нулю.

Рис. 6.6. Эффективность Е инерционного осаждения пылевых частиц при потенциальном обтекании цилиндра:

1 - φ = 0; 2 - φ = 100; 3 - φ = 1000

< Предыдущая		Оглавление		Следующая >