ГРАВИТАЦИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ
В аппаратах, использующих этот принцип улавливания пыли, осаждение взвешенных частиц происходит под действием силы тяжести. При падении частица пыли испытывает сопротивление среды. Наиболее просто это сопротивление описывается при прямолинейном и равномерном движении шаровой частицы, т. е. в том случае, когда можно пренебречь турбулентностью потока и конвекционными токами. Сила сопротивления, действующая на частицу при ее движении, Fс (H) может быть выражена уравнением: где ζч- коэффициент лобового сопротивления частицы; sч- площадь сечения частицы, перпендикулярного направлению движения, м2; υч- скорость движения частицы, м/с; ρг- плотность газа, кг/м3. В случае шаровой частицы sч = /4, где -диаметр частицы (м), и Коэффициент ζч зависит от критерия Рейнольдса для частицы ( / , где - динамическая вязкость газов, Па·с). Эта зависимость приведена на рис. 2.1. При обычно соблюдаемом в промышленной практике соотношении >> i(где i - средняя длина свободного пробега молекул газов, м) сопротивление среды описывается законом Стокса 1 - область действия закона Стокса; 2 - стандартная кривая; 3 - область действия формулы Ньютона. Рисунок 2.1 - Зависимость коэффициента лобового сопротивления шаровой частицы от критерия . Для частиц размером 0,2-2,0 мкм в уравнение (2.4) вводится поправка Кенингема - Милликена, учитывающая повышение подвижности частиц, размер которых сравним со средней длиной свободного пробега газовых молекул Поправка рассчитывается по уравнению: В свою очередь можно рассчитать по уравнению (2.7) где - масса 1 кмоль газов, кг/кмоль; -универсальная газовая постоянная; = 8314 Дж/(кмоль·К); - абсолютная температура газов, К. Для воздуха при tг=20°С и нормальном атмосферном давлении = 6,5·10-8 м. Ниже приведены значения поправок в соответствии с уравнением (2.6) для воздуха при нормальных условиях: , мкм ....……..0,003 0,01 0,03 0,1 0,3 1,0 3,0 10,0 Подставляя (2.4) в выражение (2.3), получим для области действия закон Стокса ζч = 24/ (2.8) Закон Стокса применим при ламинарном движении частиц, когда ≤2. Причем решающее значение для определения применимости закона Стокса принадлежит в обычных практических условиях размеру частиц. Для турбулентного режима движения частиц ( >500) коэффициент ζч можно принимать постоянным, равным 0,44 (формула Ньютона). Для переходного режима (2< <500) значение ζч может быть найдено из выражения ζч= 18,5/ (2.9) При значениях в пределах от 100 до 1000 возможна до- ζч = 55/ (2.10) В более широком диапазоне значений - от 0 до 104 для расчета величины ζч можно воспользоваться эмпирической формулой [3] lgζч = 0,113(lg )2-0,311 lg + l,4 (2.11) Относительная погрешность при расчетах по формуле (2.11) не превышает 5%. В случае не шарообразных частиц вводится понятие динамического коэффициента формы х, определяемого из выражения (2.12) где - эквивалентный диаметр частицы, равный диаметру шара, объем которого равен объему данной частицы, м. При определении скорости осаждения частиц не шарообразной формы в расчетных формулах величина ζч заменяется на ζчх, а вместо диаметра подставляется эквивалентный диаметр . Ниже приводятся значения динамического коэффициента формы для частиц
Величина ζч для изометрических частиц в широком интервале значений может быть найдена из графика, приведенного на рис. 2.2, в зависимости от коэффициента сферичности хс, представляющего собой отношение поверхности шара с объемом, равным объему данного тела, к поверхности последнего. В общем виде конечная скорость частицы υч (м/с), достигаемая при установлении равенства между силой сопротивления среды и внешней силой Fв (H), действующей на частицу, определяется по формуле
Рисунок2.2 - Зависимость коэффициента сопротивления изометрических частиц от критерия при различных значениях с:1 - 670; 2 - 806; 3 - 846; 4 - 245; 5 - 100 В области действия закона Стокса выражение (2.13) принимает вид: (2.14) При гравитационном осаждении шаровой частицы
где - плотность частицы, кг/м3. Откуда скорость осаждения (в области действия закона Стокса) Если пренебречь ρг, то величина υcсоставит где τр- время релаксации частицы, с. Из формулы (2.17) следует, что скорость осаждения взвешенных частиц в газоочистных аппаратах, использующих действие силы тяжести, прямо пропорциональна квадрату диаметра частицы. Ниже приводятся скорости падения частиц плотностью ρч=1000 кг/м3 в неподвижном воздухе под действием силы тяжести: Диаметр частицы, мкм100 10 1 Скорость падения, м/с 0,3 0,003 0,00003 Величину υс при гравитационном осаждении частиц в воздухе можно определить с помощью графика, приведенного на рис. 2.3. На графике приведены скорости осаждения при температуре воздуха 15°С в зависимости от диаметра частиц и их плотности, а также скорости осаждения частиц, имеющих плотность ρч = 2000 кг/м3 и оседающих под действием силы, превышающей силу тяжести в 10, 100 и 1000 раз. 1 - под действием силы тяжести; 2 - 4 - под действием силы, превышающей силу тяжести соответственно в 10, 100, 1000 раз Рисунок 2.3 - Диаграмма для определения скорости осаждения частиц в воздухе. На рис. 2.4 приведена зависимость [2] модифицированного коэффициента сопротивления от критерия и ускорения шаровых частиц ач. Как видно из рис. 2.4, при малых значениях Reч величина ζч имеет тот жепорядок, что и при равномерном движении. С увеличением сопротивление среды при ускоренном движении возрастает тем больше, чем выше ускорение. Рисунок2.4 - Зависимость коэффициента сопротивления сферической частицы, падающей с ускорением ач(м/с2) в воздухе, от критерия при различных значениях ач:1 - 7,81; 2 - 6,81; 5 - 5,81; 4 - 4,81; 5 - 3,81; 6 - 1,81; 7 - 0. Параметр гравитационного осаждения равен отношению силы тяжести (Н) и силе сопротивления среды и может быть выражен отношением скорости осаждения частицы к скорости газового потока υг(в м/с): Уравнение (2.18) может быть представлено также в виде отношения двух критериев G = Stk/Fr (2.19) где / критерий Стокса; Fr= / - критерий Фруда; -определяющий линейный параметр, м. С учетом уравнения (2.19) определяется и коэффициент осаждения частиц под действием гравитационных сил в подобных геометрических системах в виде зависимости
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (737)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |