2.8 Диффузиофорез

Диффузиофорез - движение частиц, вызванное градиен­том концентрации компонентов газовой смеси. Явление диффузио-фореза отчетливо проявляется в процессах испарения и конден­сации.

При испарении с поверхности капли (или пленки жидкости) возникает градиент концентрации пара, но поскольку общее дав­ление пара должно оставаться постоянным, происходит гидроди­намическое течение парогазовой смеси, направленное перпендику­лярно к поверхности испаряющейся капли и компенсирующее диффузию газов к этой поверхности. Это гидродинамическое тече­ние, называемое стефановским, может оказывать существен­ное влияние на осаждение частиц. Так, при улавливании частиц распыленной водой при недосыщении газов водяным паром стефановское течение препятствует, а при перенасыщении - способст­вует захвату частиц каплями.

Математическое выражение рассмотренного явления, которое носит название закона Стефана, при конденсации паров име­ет следующий вид:

где - количество вещества, продиффундирующего за 1 с через1 м² поверх­ности, кг/(м²·с); - давление парогазовой смеси, Па; - парциальное давле­ние пара, Па; -коэффициент диффузии пара, м²/с; М_п- масса 1 кмоль пара, кг/кмоль; - изменение парциального давления пара по оси, нормальной к по­верхности капли (пленки жидкости), - градиент парциального давления пара, Па/м.

Уравнение Стефана справедливо и при испарении: в этом слу­чае меняется только знак потока вещества - появляется минус в правой части уравнения (2.73).

Скорость диффузионного движения частицы (м/с), учиты­вающая как диффузию самих частиц, так и стефановское течение, при в парогазовой смеси составляет

где - парциальное давление сухих газов, Па.

Для расчета скорости диффузиофореза при Гольдшми-том и Меем предложена формула [26]

Если принять, что сила воздействия диффузиофореза на ча­стицу равна , параметр осаждения за счет диф­фузиофореза D_ф(для случая ) может быть получен анало­гично параметрам осаждения за счет действия электрических за­рядов и термофореза:

Была получена формула, позволяю­щая рассчитать скорость осаждения частиц на сферической капле при конденсации на ней пара, т. е. при совместном действии диф­фузии самих частиц и стефановского течения:

где - скорость осаждения частиц на капле, 1/с; у_г, у_к- концентрация пара, соответственно, в газовом потоке и у поверхности капли, кг/м³; у' - концентра­ция неконденсирующегося газа, кг/м³.

Из уравнения (2.77) следует, что стефановское течение не влияет на осаждение частиц на капле только при малых значе­ниях отношения

Эффективность осаждения частиц при конденсации паров на растущей капле η_D может быть определена из выражения:

Уравнение (2.78) показывает, что для малых частиц эффек­тивность захвата с уменьшением их размера (при прочих равных условиях) остается почти постоянной и что желательно присут­ствие в потоке капель возможно меньшего размера. Однако, с другой стороны, капли должны быть и достаточно большими, что­бы не расходовалась значительная энергия на их распыливание и для их осаждения можно было использовать простейшие каплеуловители.