2. Основные механизмы осаждения частиц

Работа любого пылеуловителя (ПУ) основана на использовании одного или нескольких механизмов осаждения взвешенных в газах частиц.

1. Гравитационное осаждение частиц

Гравитационное осаждение или седиментация происходит в ре- зультате вертикального оседания частиц под действием силы тяжести при прохождении их через ПУ (рис.3.1 а).

При падении частица пыли испытывает сопротивление среды. Наиболее просто это сопротивление описывается при прямолинейном и равномерном движении шаровой частицы, то есть в том случае, когда можно пренебречь турбулентностью потока и конвекционными тока- ми:

F_c  _чS_ч

v²

ч

г _,

2

(1)

где _ч - коэффициент лобового сопротивления частицы; S_ч- площадь сечения частиц, перпендикулярного направлению движения, м²; V_ч - скорость дви- жения частицы, м/с; _г - плотность газа, кг/м³.

_d 2

В случае шаровой частицы _{S } ^ _{ч ,}где d_ч - диаметр частицы.

^ч 4

F  

d ²

^ч V ² ,

c ч ₈ ч г

(2)

_ч зависит от критерия _Re

_ ^V ч^dч ^г _.



ч

г

При обычно соблюдаемом в промышленной практике соотноше- нии d_ч >> l_i (где l_i - средняя длина свободного пробега молекулы газа в м) сопротивление среды описывается законом Стокса:

F_c  3_гd_чV_ч .

(3)

Для частиц размером 0,2-2 мкм в уравнении (3) вводится поправ- ка Кенингема - Милликена С_к, учитывающая повышение подвижности частиц, размер которых сравним со средней длиной свободного пробе- га газовых молекул l_i:

F_c 

3_гd_чV_{ч ;} C_k

C_k 

f ( l_i;d_ч ).

(4)

⁸ м.

Для воздуха при температуре t_r=20 ^oC и Р=760 мм. рт. ст. l_i=6.510^-

Существует ряд зависимостей С_k от d_ч.

dч, мкм	0,003	0,01	0,03	0,1	0,3	1,0	3,0	10,0
Сk	90,0	24,5	7,9	2,9	1,57	1,16	1,03	1,0

Подставляя (3) в (2) получим для области действия закона Стокса:

_ч  24 / Re_ч .

Закон Стокса применим при ламинарном движении частиц (Re_ч  2).

(5)

Для турбулентного режима движения частиц (Re_ч > 500) _ч можно принимать постоянным, равным 0,44.

Для переходного режима (2< Re_ч <500):

ч

ч

  18,5 / Re^0,65 .

(6)

В случае нешарообразных частиц вводится понятие динамическо- го коэффициента формы :

_d 2

d

2

  ^чэ ,

ч

(7)

где d_чэ - эквивалентный диаметр частицы, равный диаметру шара, объем кото- рого равен объему данной частицы, м.

В расчетных формулах для определения скорости осаждения час- тиц не шарообразной формы _ч заменяется на _ч а d_ч на d_чэ.

Форма частиц Шаровая

Округленная с неровной поверхностью Продолговатая

Пластинчатая

Для смешанных тел



1

2,4

3

5

2,9

В общем виде конечная скорость частицы V_ч (м/с), достигается при установлении равновесия между силой сопротивления среды и внешней силой F_b, действующей на частицу:

V

_ч  .

(8)

В области действия закона Стокса выражение (8) принимает вид:

V_ч 

F_{b .}

3

г^dч

При гравитационном осаждении шаровой частицы:

(9)

d ²

F  ^ч ( 

b ₆ ч

• _г

)g.

(10)

Подставив выражение (10) в (9) получим V_ч в области действия закона Стокса:

d ²(    )

V  ^{ч ч г} g.

^ч 18

(11)

Если пренебречь _г, то:

г

d ²  g _{V } ч ч _. ^ч 18

(12)

г

Из формулы (12) следует, что скорость осаждения взвешенных частиц в ПУ, использующих действие силы тяжести, прямо пропор- циональна квадрату диаметра частицы.

Скорость падения частицы плотностью _ч =1000 кг/м³ в непод- вижном воздухе.

Диаметр частицы, мкм	100	10	1
Скорость падения, м/с	0,3	0,003	0,00003

Существуют графики зависимости V_ч от d_ч при определенной плотности.

Рис. 3.1. Схемы механизмов выделения частиц пыли из газовых пото- ков: а – под действием силы тяжести; б – под действием центробежных сил; в – инерционное осаждение; г – зацепление; д – диффузионное осаждение; е – электростатическое осаждение; ж – термофорез

1 - частица; 2 - газовый поток; 3 - тело осаждения; 4 - силы диффузии; 5 - электрод корронирующий; 6 - электрод осадительный; 7 - земля; 8 - нагретое тело; 9 - холодная поверхность