Файл: Пирумов, А. И. Обеспыливание воздуха.pdf

ТАБЛИЦА 1.1

Критические значения критерия Стокса для некоторых препятствий, характерных для фильтров и пылеуловителей

тегратора [ПО]. Результаты расчета приведены на рис. 1.3. Параметр cp=Re2/St учитывает действительное значение числа Ре обтекания частицы и, таким образом, характеризует сте­ пень отклонения от фор­ мулы Стокса, которой отвечают очень малые

значения ср(ср ~ 0 ) .

Теория фильтрации аэрозолей. Очистка возду­ ха от пыли в пористых слоях происходит в ре­ зультате одновременного действия всех рассмот­ ренных механизмов отде­ ления частиц. Эта одно­ временность создает боль­ шие трудности для разви­ тия теории фильтрации. Суммировать эффекты от действия отдельных

механизмов нельзя, так как общий эффект хотя и больше каж­ дого отдельного слагаемого, но меньше их суммы. Исследова­ ния высокоэффективных фильтров I класса, выполненных из очень тонких волокон, показали, что эффективность этих фильтров (близкая к абсолютной) снижается на доли процента в области частиц размером 0,1—0,3 мкм, для которых инерци­ онный эффект уже почти неощутим, а диффузионный еще недостаточно действен.

2 0

Определению суммарного коэффициента захвата пылевых частиц единицей длины волокна в фильтре посвящено много ■серьезных исследований1. В последнее время все большее ■распространение получает метод расчета улавливания очень мелкодисперсных частиц (^ < 5 мкм), разработанный Н. А. Фуксом и его сотрудниками [47]. для высокоэффективных фильтров при скоростях фильтрации менее 1 м/с. Метод осно­ вывается на определении коэффициента захвата Ks «веерной» модели фильтра, представляющего собой систему решеток из параллельных волокон, повернутых на произвольные углы отно­

сительно друг друга.

В элементарном слое фильтра толщиной dh, образованного волокнами диаметром D, уложенными с одинаковой плотностью

нии со скоростью w через этой слой аэрозоля, концентрация частиц в котором равна Nо, каждой единицей длины волокна улавливается KsDN0w/t(\—та) частиц данного размера.

Убыль частиц в потоке с переменной концентрацией N со­ ставит — wdN, или

ния получим:

1,72 a hKs

lg ( 1 - У , ) = 2 -

я D

Практический интерес представляет закономерность распре­ деления осаждающейся пыли по толщине фильтра. Для выяс­ нения этой закономерности запишем выражение (1.12) в виде

где Я — постоянная фильтрации. После интегрирования получим:

£-1 = 0,368.

В соответствии с этим постоянную фильтрации можно опре­

1 Полный обзор развития и современного состояния теории фильтрации приведен в работе \[107].

21

Из выражения (1.14) следует, что чем эффективнее фильтр, тем меньше его постоянная фильтрации. Наиболее эффектив­ ное улавливание происходит в первых по течению воздуха слоях фильтра. Это положение хорошо подтверждается экспе­ риментальными исследованиями, описанными в главе II. Тео­ рия фильтрации относится главным образом к области макси­ мального проскока частиц, предполагая полное улавливание частиц за пределами этой области, что справедливо для высо­ коэффективных фильтров, и совершенно не учитывая отскока частиц от волокон, который, как будет доказано далее, имеет место уже при сравнительно небольших скоростях соударения.

Фильтры общего назначения, наиболее широко применяемые в системах вентиляции, рассчитывают главным образом на ос­ нове опытных данных, однако приближенную оценку их эффек­

в поле коронного разряда, а затем осаждаются под действием электрических сил1.

Коронный разряд возникает в неоднородном электрическом поле у поверхности электродов с малым радиусом кривизны. Различают зону ионизации газа небольшой протяженности (собственно корону) и внешнюю зону коронного разряда. В зоне короны, где напряженность поля очень велика, ионы, содержащиеся в газе, перемещаются по направлению силовых линий поля и разгоняются настолько, что, столкнувшись с ней­ тральными газовыми молекулами, выбивают из ник несколько внешних электронов. При этом возникают новые положитель­

ные и отрицательные ионы.

Образующиеся в процессе лавинообразной ударной иониза­ ции ионы, имеющие заряд того же знака, что и потенциал коронирующего электрода, притягиваются к противоположно заряженному осадительному электроду, устремляясь во внеш­ нюю зону ионизации. Сталкиваясь здесь с пылевыми частица­ ми, ионы сообщают им свой заряд, вследствие чего эти части­ цы также начинают притягиваться-к осадительному электроду. Скорость движения пылевой частицы к электроду зависит в значительной мере от величины полученного ею заряда, ко­ торая, в свою очередь, определяется действующими на газо­ вые ионы вблизи частицы силами, связанными с внешним по­ лем, поляризацией частиц, электростатическим отображением и отталкиванием одноименных зарядов.

Электрическое осаждение может происходить также в ре­ зультате взаимодействия зарядов, образующихся на волокнах

1 Принцип электрической очистки газов от пыли детально рассмотрен в работе [106].

22

пористого фильтра, с нейтральными пылевыми частицами. За­ ряженное волокно создает вокруг себя неоднородное электри­ ческое поле. Частицы поляризуются этим полем и притяги­ ваются к поверхности волокна. Электрическое осаждение уси­ ливается с увеличением размеров частиц и уменьшением тол­ щины волокон. Электрические заряды на волокнах в большин­ стве случаев нестабильны и быстро исчезают вследствие прово­ димости волокна и под влиянием влажности. Известны фильтры с непрерывно возобновляемым электрическим полем, но они пока не получили широкого распространения.

Закономерности инерционной сепарации пыли в криволинейных потоках

Инерция пылевых частиц, взвешенных в воздушных потоках, проявляется при любых изменениях скорости потока. В технике обеспыливания широко используется инерционная сепарация, происходящая при сравнительно плавном, но длительном искривлении потоков.

Движение частицы в криволинейном потоке при отсутствии внешних воздействий описывается уравнением

.(1.15), при этом движение частицы рассматривалось в подвиж­ ной системе координат. Скорость частицы принималась равной v = w + v c, а ее ускорение определялось согласно теореме Кориолиса.

Уравнение (1.15) при этом может быть представлено в виде

ляет собой компонент силы rndv/dt, с которой частица действу­ ет на воздушный поток, стремящийся искривить ее траекторию

и изменить ее скорость.

Второй член уравнения (1.16) представляет собой центро­ бежную силу. Как уже отмечалось, при исследованиях инерци­ онной сепарации пыли, например в циклонных пылеуловите­ лях, часто учитывается только эта составляющая силы инерции и уравнение движения записывается в форме (1.10).

Первый член уравнения (1.16) связан с ускорением сепарационного движения и может быть равен нулю только при ско­ рости vc= const, что, как правило, невозможно. Направление силы, представленной этим членом, зависит от начальных усло­ вий входа частицы в искривленную часть потока. Примем, что при искривлении потока скорости его отдельных слоев изме­

23