7. Термофорез

Термофорез представляет собой отталкивание частиц нагретыми телами, вызванное силами, действующими со стороны газообразной фазы на находящиеся в ней неравномерно нагретые частицы аэрозоля (рис. 3.1 ж). Механизм этих сил существенно зависит от отношения размера частицы и средней длины свободного пробега газовых моле- кул.

При d_ч << l_i термофоретическая сила F_Т, действующая на частицу, определяется:

d P l

2

_F ч г i _{T ,}

Т

_Т   _г

г

где P_r - абсолютное давления газов, Па; T_r - градиент температуры в газах, К/м.

г i T _ч

Так как P l = const, то F ~ d ²

и не зависит от давления.

Явление термофореза, наблюдаемое в аэрозолях, называется тер- мопреципитацией. Это явление играет существенную роль при улавли- вании частиц из горячих газов в случае их прохождения через холод- ные насадки. В узких каналах при разнице температур 50 ^oС можно по- лучить температурный градиент 1000 К/см. Расчеты показывают, что это должно привести к осаждению на 98,8 % частиц размером 0,1 мк в слое насадки глубиной 230 мм при 500 ^оС.

Представляет интерес зависимость скорости термофореза от тем- пературы. Когда размер частиц больше 1 мкм, отношение скорости термопреципитации к тепловому градиенту увеличивается с темпера- турой, в то время как для частиц размером менее 1 мкм оно уменьша- ется.

Явление термофореза приводит и к отрицательным результатам. Так, твердые частицы, оседающие из горячих газов на холодных стен- ках котлов и теплообменников образуют слой с низкой теплопровод- ностью, что приводит к значительному снижению коэффициента теп- лопередачи.

8. Диффузиофорез

Диффузиофорез – движение частиц, вызываемое градиентом кон- центрации компонентов газовой смеси. Это явление отчетливо прояв- ляется в процессах испарения и конденсации.

При испарении с поверхности капли (или пленки жидкости) воз- никает градиент концентрации пара, но так как общее давление пара

должно оставаться постоянным, происходит гидродинамическое тече- ние парогазовой смеси (ПГС), направленное перпендикулярно к по- верхности испаряющейся капли и компенсирующее диффузию газов к этой поверхности.

Это гидродинамическое движение называется стефановским и может оказывать существенное влияние на осаждение частиц. Так, при улавливании частиц распыленной водой при недосыщении газов водя- ным паром стефановское течение препятствует, а при перенасыщении - способствует захвату частиц каплями.

Математическое выражение рассмотренного явления носит на- звание закона Стефана и при конденсации паров имеет вид:

_W ^ДП^МП^РПГ _{P ,}

^{П } R T ( P  P ) ^{ П}

г г ПГ П

где W_П - количество вещества, продиффундирующего за 1с через 1 м² поверх- ности, кг/м²с; Р_ПГ- давление ПГС, Па; P_П - парциальное давление пара, Па; Д_П - коэффициент диффузии пара, м²/c; М_П - масса 1 кмоль пара, кг/моль; Р_П - из- менение парциального давления пара по оси, нормальной к поверхности капли

- градиент парциального давления пара, Па/м.

Уравнение Стефана справедливо и при испарении, в этом случае в правой части уравнения появляется знак минус.