Осаждение аэрозольных частиц

Осаждение монодисперсных частиц из ламинарного потока в плоском канале под действием постоянных внешних сил

Условия осаждения.

1) Канал бесконечно широкий (большое отношение ширины сечения к высоте канала Н).

2) Концентрация аэрозольных частиц на входе равномерная.

3) Скорость осаждения (седиментации) аэрозольных частиц v_s = const (F_ВH = const).

В ламинарном потоке профиль скоростей неравномерный. После переходного участка длиной 0,05НRe (Н - высота канала; Re - число Рейнольдса) устанавливается следующее стационарное распределение скоростей:

(1.1)

где u_ср - средняя по сечению скорость потока.

Скорость осаждения

v_s=BF, (1.2)

где F- действующие на аэрозольную частицу силы; В - подвижностьчастицы:

, (1.3)

где - динамический коэффициент вязкости воздуха; а - радиус частицы.

Доля частиц, осевших на длине L трубы, или эффективность осаждения Э определяется при равномерном распределении входной концентрации частиц отношением

(1.4)

Задача 3.1.

В плоский горизонтальный канал вхо­дит ламинарный аэрозольный поток. Ско­рость потока газа u_ср = 2,5 м/с; высота гори­зонтального канала Н = 0,04 м; радиус аэро­зольных частиц а = 20 мкм; частицы прово­дящие и были предварительно положитель­но заряжены в поле коронного разряда с напряженностью Е_зар = 1 кВ/см; плотность ма­териала частиц р = 2 г/см .

Определить эффективность осаждения частиц под действием электриче­ского поля и силы тяжести на длине L = 0,2 м при напряженности электриче­ского поля в канале Е = 0,5 кВ/см.

Решение.

1) Заряд частицы

2) Масса частицы

3) Скорость седиментации частицы определится действующими на нее

силами

4) Эффективность осаждения

Задача 3.2.

Аэрозольные частицы падают в пло­ский конденсатор шириной Н = 10 см, к которому приложено напряжение U = 8 кВ. Плотность материала аэрозоль­ных частиц р = 2 г/см . Частицы проводя­щие и предварительно заряжены в поле коронного разряда

Определить радиус аэрозольных частиц, которые осядут на длине конден­сатора L = 10 см.

Решение.

1) Скорость движения аэрозольных частиц по направлению к электроду в электрическом поле v_S = BqE.

2) Скорость седиментации частиц вдоль электродов и = Bmg.

3) Для всех частиц искомого радиуса

4) Напряженность электрического поля в конденсаторе Е = U/H.

5) Заряд частицы q_m = .

6) Масса частицы m = 4 pа³/3.

7) Таким образом, для частиц искомого радиуса и меньше его будет выподняться условие т.е.

Осаждение на горизонтальном участке круглой трубы под действи­ем постоянных внешних сил

Для круглой трубы после переходного участка длиной 0.1RRe (R - ради­ус трубы) устанавливается следующее стационарное распределение скоростей:

(1.5)

где r - расстояние от оси трубы.

Эффективность осаждения на горизонтальном участке круглой трубы определяется по формуле:

(1.6)

где параметр (1.7)

Задача 3.3.

Осаждение аэрозольных частиц происходит в горизонтальной трубке радиусом R = 0,5 см. Скорость потока u_ср = 1,5 м/с. Радиус частиц а = 10 мкм. Плотность ма­териала частиц р = 3 г/см .

Определить длину горизонтального участка круглой трубы L, на которой полностью осядут частицы.

Решение.

1) Эффективность осаждения аэрозольных частиц Э=1 при значении параметра =1, т.е.

2) Скорость седиментации частиц =BF = Bmg = .

3) Тогда длина горизонтальной трубы L, на которой осядут все частицы

Осажедение под действием центробежных сил

Рассмотрим осаждение аэрозольных частиц в колене трубки, изогнутой под пря­мым углом с R » R. Если радиус колена намного больше радиуса трубки R* » R, то центробежные силы по потоку в трубе по­стоянны и равны:

(1.8)

где т - масса частицы.

Эффективность осаждения частиц оп­ределяется по (1.6), где параметр равен:

= (1.9)

Длина колена L находится как

(1.10)

Скорость седиментации v^ определяется как

(1.11)

Подвижность частиц В равна:

(1.12)

где а - радиус аэрозольных частиц; - динамический коэффициент вязкости воздуха (в нормальных условиях = 1,85 • 10 КГ/М*С).

Тогда параметр будет равен:

= (1.13)

Задача 3.4.

Определить, аэрозольные частицы с какими радиусами полностью осядут под действием центробежных сил на «колене» изогнутой под углом 90° круглой трубы. Скорость потока газа u_cp = 1 м/с. Радиус трубы R = 1 см. Плот­ность материала частиц р = 3 г/см³ .

Решение.

1) Эффективность осаждения Э = 1 при R* » R, если параметр

=

2) Масса частицы т = 4 ра³/3.

3) Подвижность частиц В = 1/ .

4) Параметр равен:

5) Отсюда находим: