Моделирование формирования и эволюции газовых примесей и аэрозолей в атмосфере
| Вид материала | Документы |
- Доклад «Моделирование эволюции. Генетические алгоритмы», 75.42kb.
- Воробьева Ольга Владимировна Атмосфера и атмосферные явления. Тема урок, 55.05kb.
- Основные этапы эволюции институциональной структуры газовых рынков, 554.91kb.
- Доклад сделан на семинаре «Моделирование популяционных процессов», 144.03kb.
- Темы рефератов классификация промышленных газообразных отходов и методы их обезвреживания., 15.78kb.
- Шмидта Российской Академии Наук (ифз ран) по адресу; Москва 123995, ул. Большая Грузинская,, 658.55kb.
- Общность газовых планет-гигантов, 344.53kb.
- Паспорт вентиляторы осевые общего назначения, 177.89kb.
- Д. Б. Сполдинг 1 и В. И. Артёмов, 482.05kb.
- Ия некоторых примесей в отдельных водоемах и водотоках может превышать величину предельно-допустимых, 136.44kb.
Электроформование микро- и нановолокнистых материалов ФП в россии
Филатов Ю.Н.
ГНЦ РФ НИФХИ им. Л.Я. Карпова, 105064, Москва, ул. Воронцово поле, 10
Ключевые слова: фильтрующий материал, процесс электроформования, нановолокна, микроволокна.
За семьдесят лет с момента открытия в НИФХИ им. Л.Я.Карпова способа получения микроволокнистых материалов ФП (Фильтры Петрянова®) в поле высокого напряжения научной школой академика И.В. Петрянова накоплен большой экспериментальный и теоретический материал по изучению этого уникального физико-химического процесса.
За рубежом, в таких странах как: США, Германия, Япония, Корея и Китай, процессом электроформования заинтересовались только в конце 90-х годов ХХ-го века. В это время в России с технологии получения фильтрующих материалов ФП было снято информационное ограничение и в 1997 г. опубликована первая в мире монография по электроформованию.
За 70 лет в Советском Союзе удалось создать промышленность, включающую десятки предприятий различных министерств, выпускающую фильтрующие материалы ФП и изделия на их основе для нужд народного хозяйства. В основном, фильтрующие материалы ФП используются для создания средств анализа загрязнений воздуха аэрозолями, создания средств индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания, а также высокоэффективных аэрозольных фильтров очистки воздуха.
В 2007 году издательством «Begell house, inc. publishers» (Нью-Йорк) была выпущена монография на английском языке, защищающая приоритет российских ученых школы академика И.В. Петрянова в этой области физической химии.
В зависимости от сферы применения и, соответственно, от предъявляемых технических требований, фильтрующие материалы ФП могут изготавливаться из разных классов полимеров, а также отличаться структурой волокнистого слоя и диаметром волокон в широком диапазоне. Наибольшее применение материалы ФП нашли в средствах индивидуальной защиты органов дыхания. Созданы десятки видов высокоэффективных респираторов облегченного вида. Среди них особое место занимает респиратор «Лепесток», производство которого за 50 лет составило более 5 млрд. штук.
Вся экологическая защита атомных объектов, включая АС, от радиоактивных аэрозольных выбросов в Советском Союзе была построена с применением аэрозольных фильтров на основе материалов ФП. Эти же фильтры с успехом использовались и в таких отраслях промышленности как электронная (создание «чистых комнат»), микробиологическая, медицинская и пищевая (для стерилизации воздуха).
В России и странах СНГ мониторинг аэрозольных выбросов осуществляется практически только с помощью аналитических средств, изготовленных из материалов ФП. В этой области в последние годы также резко повысились требования к чувствтительности фильтров и аналитических лент в связи с разработкой нового поколения приборов, отвечающих современному мировому уровню. Удалось создать аналитические ленты для альфа-спектроскопии, превосходящие аналогичные ленты фирмы «Millipor» - мирового монополиста в этой области.
На основе материалов ФП созданы сепараторы химических источников тока, которые обладают уникальными электро-физическими характеристиками. Эти сепараторы являются незаменимыми в щелочных никель-кадмиевых батареях, отличающиеся высокой надежностью и долговечностью.
На основе материалов ФП созданы индикаторы качества топлива ИКТ, с помощью которых осуществляется контроль авиационного топлива на всех аэродромах России и стран СНГ.
Removal of elongated aerosol particles on fibrous filters
Igor E. Agranovski1,2, Lucija Boskovic1, Igor S. Altman1,3,
Roger D. Braddock1 and Valery A. Zagainov2
1Griffith School of Engineering, Griffith University, Brisbane, 4111 QLD, Australia
2 Karpov Institute of Physical Chemistry, Moscow, 105064, Russian Federation
3NanoGram Corporation, Milpitas, CA 95035, USA
Particle collection in fibrous filters is a very complex process and due to that fact the filtration theory considers mainly spherical particles. However, real particles often have a much more complicated structure which influences their depositional behavior (Rogak, Flagan, and Nguyen 1993). Existing theoretical and experimental investigations on filtration of non-spherical particles are mostly dedicated to fibers which represent the simplest non-spherical particle shape. In this project the probability of re-entrainment of loose and agglomerated MgO particles with identical aerodynamic size but different shape have been compared at three different velocities (10, 20 and 40cm/s). It has been found that agglomerated particles are removed with considerably higher efficiency compared to loose particles for all tested velocities. The above findings have been compared with the classic theory (Hinds, 1999) and according to the theoretical predictions the efficiency of agglomerated particles has been underestimated. In order to account for non-ideal shape, filtration efficiencies of an ideal spherical particle have been multiplied by coefficients k1 for diffusion and k2 for interception. Where the factor k1, responsible for description of diffusion filtration, is the ratio of the actual particle surface area to the surface area of the spherical particle of the equivalent diameter. The factor k2, responsible for interception, is the ratio of the projection of a given particle on a plane perpendicular to a streamline to that of the spherical particle of the equivalent diameter. For a spherical particle both k1 and k2 are equal to unity. For a real system without knowledge of the agglomerate’s configuration and taking into account a possible variety of configurations, the rigorous calculation of k1 and k2 looks impossible. However, the reverse problem can be considered. From the experimental filtration dependence, these coefficients can be found by fitting that gives the best coincidence with the experimental data points.
Figure1. Filtration efficiency of agglomerated and loose MgO particles at filtration velocity 10 cm/s along with the theoretical and fitted lines.
1. Rogak, S. N., R. C. Flagan, and H. V. Nguyen. 1993. The mobility and structure of aerosol agglomerates. Aerosol Science and Technology 18:25-47
2. Hinds, W. C. (1999) Aerosol technology: Properties, behaviour and measurement of airborne particles. New York, John Wiley and Sons.
Моделирование полей течений вблизи волокон и оценка силы сопротивления при инерционном осаждении аэрозольных частиц на волокнах фильтра и в импакторах
Припачкин Д.А.
НИФХИ им. Карпова, г. Москва, ул. Воронцово поле, 10
За последнее десятилетие численный эксперимент в газовой динамике, как инструмент решения научно-технических задач, получил широкое развитие. В зарубежной терминологии эти исследования именуются CFD (Computational Fluid Dynamics) Solutions. Развитие компьютерных технологий позволило получить более мощные и производительные компьютеры, использование которых позволяет решить теоретические задачи по фильтрации CFD методами. Решение таких задач во многом облегчает труд теоретиков и позволяет прогнозировать поведение аэрозольных частиц в пространстве селективных пробоотборных устройств (импакторов) [1] или фильтров [2].
В докладе представлены результаты работ по двух- и трехмерному моделированию поля течения в ряду параллельных волокон и решеток, а также на каскадах инерционного осадителя (импактора). Поле течения моделировалось с помощью решения двухмерных уравнений Навье-Стокса в декартовой системе координат. Предполагалось, что поле течения в расчетной области стационарное, несжимаемое и ламинарное при нормальных условиях воздушной среды (20ºС, 1 атм). Основное уравнение было дискретизировано методом конечных объемов и решалось с помощью алгоритма SIMPLE (Patankar,1980) [3].
Результаты моделирования позволяют оценить силу сопротивления на единицу длины волокна как в случае симметрии в ряду параллельных цилиндрических волокон, так и с учетом неоднородностей в ряду. Наряду с оценкой силы сопротивления проводилось моделирование инерционного осаждения аэрозольных частиц на волокнах фильтра и в импакторе. Полученные оценки коэффициента захвата от параметра зацепления, плотности частиц и числа Стокса позволяют сделать вывод о хорошем согласовании результатов моделирования с теорией и экспериментальными данными [4]. Моделирование каскадов импактора позволило оценить эффективный диаметр разделения частиц на каскаде и получить кривые эффективности инерционного осаждения.
Литература
1. Marple V.A., Willeke K. Inertional Impactors: Theory, Design and Use. In Fine Particles. Ed. by B.Y. H. Liu. N.Y., 1976, p. 411.
2. Kirsh A.A., Stechkina I.B. Theory of aerosol filtration with fibrous filters. In Fundamental of Aerosol Science. Ed. D.T. Shaw. N.Y., Wiley, 1978, 165-256.
3. PATANKAR S. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow, Taylor and Francis Publishers, Philadelphia, Pennsylvania (1980).
4. Кирш А.А., Фукс Н.А. Исследования в области волокнистых аэрозольных фильтров. Сопротивление систем параллельных цилиндров. // Коллоидн. ж. – 1967. – Т. 29. - С. 682 - 686.