книги / Оптимизация систем обеспыливания воздуха в промышленных зданиях
..pdf
|
|
|
|
|
их = |
Си |
г |
(*32) |
№ Си |
- константа |
при заданной |
скорости |
иСр) |
||||
Для частицы с прямоугольным |
поперечным сечением высотой2Лц |
|||||||
условие |
переноса |
(троганвя) |
очевидно будет иметь ви г^лоВ’ ^тр > |
|||||
или ^лоб |
~ |
^^9 +Fag), |
Где%оЗ~ сила |
лобового сопротивления |
||||
ho5= С? v /J ^2h **ч |
|
W2-* Pip |
- сила трения покоя; kjp- KC* 4 - |
|||||
(«цвент т р е н и я ; - |
коэффициент сопротивления частицы (опреде |
|||||||
ляется по таблицам или |
эмпирическим формулам, например /3 2 /, |
|||||||
%ц = |
24(1-Ю ,Г/ Beff* / |
\и^ - средняя скорость потека нэ |
||||||
интегаале Q * |
Z |
£ |
2 hq |
(сучетом 1 3 2 = ( 1//^ )} uz 0L)dx * |
||||
[Cuh4 |
) ; ^ |
- |
поперечное |
|
|
О |
||
сечение частица; Веч - число Вей- |
||||||||
волыюа частицы ( Веч *■ Ю2 ) . |
|
|
||||||
После ряда упрсцешй из условия трогания подучим выпадение |
для овдеделешя значения первой критической скорости потом» воз духа для частицы с прямоугольным поперечным сечением;
( й * ) = |
|
' |
|
|
|
' |
о » ) |
« |
|
|
|
условие трегакия «'данною |
|||
для сферической частицы радиусом 2^ |
|||||||
случае пршшмвет вид |
|
|
|
|
|
|
|
^*аб ~ ^тр |
* Fgg ~ Facg ) |
, |
|
||||
m F^g - швдьемшая сила. Для чистиде, на% т ш Ш в вязкою |
|||||||
подслое. |
|
|
|
|
|
|
|
Тогда щрв замене |
на |
подучим |
|
|
|||
( s / V [ » y f ? |
|
|
|
|
|
|
( М |
1 д а ® , члг® эффект |
|
уиевадаеф значение ж р м » |
д а » - |
||||
л я в (1 + ® ^ |
) ^ 4 |
рез, |
яр» |
kTp / t,tj* |
1 - я * 1,4 раз». |
||
Шве зферичевжой « |
« H W |
с |
я ж |
р ш л |
®рб»зо!!1«©Ф е р |
ймдая- |
ЖИВИуфШбШГЯ Fggf * Fe * F * , фвд» ©учетом (JMi>
|
Условие |
окстремума функции |
и*Р «= |
и *р(Ъц) |
имеет вил |
||||||
(37). Видно, что при |
больших |
значениях |
^qCPad^O) величинз |
||||||||
~ |
|
|
Вторая |
производная функции u f*= и*£\ z Q) |
|||||||
|
|
|
, |
KD\" |
( W - l ) ( U X + l ) |
[- (2 + 5цг)/(2.Ш)1 |
|||||
|
|
|
(и Л |
-----------^ |
|
|
|
|
|||
Ш |
как& />2,то |
(и£Р)" < |
о . 'йким образом, в |
области больших |
|||||||
значений |
tq |
функция |
и |
= и%*(гч) |
выпукла |
вверх. |
|||||
|
При малых Zq , когда |
PQd t О 7 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
и ? ~ |
|
|
|
|
|
|
Вторая производная ф у н к ц и и |
|
KD |
крCtq) |
|
|
||||||
( u ? f ~ Z +kr t + 2/u/ . |
b+bad + Z/w z -C(6+kad+2/ur)/2] |
||||||||||
Т&к |
как |
(ujfP)"> |
0, |
то при малых значениях tq |
функция и£р |
||||||
и *2 Г |
|
выпукла вниз. |
|
|
|
* и^СИя) |
|
||||
|
Условие |
экстремума (37) |
функции |
метаю папи |
|||||||
сать в виде |
4 *^ ) |
|
1-(2/их) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
гтт |
|
~ 2+(2/иг)+код) |
3F% ?° |
|
|
При иг - 0 ,8 приведенные силы адгезии (в Н*м)
|
|
|
|
F£ * - |
|
|
3+код |
С 9 ^ k ad), |
|
|
( Т39) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
тогда вторая критическая скорость потока при Ztq-Sq |
^ |
|
|||||||||||||
«г-й »,А ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
‘1 } г |
||||||
|
Обработка результатов оксперимента осуществлялась с и^пояьзова- |
||||||||||||||
нием ОС МС ЭВМ. Для систем частица-подложка величина |
г ад |
при |
|||||||||||||
код |
= 1»0 |
составила |
корунп-дереЕо |
- |
р ^ ц |
2 ,4 'П Г *4 Н*м;ко- |
|||||||||
рунд-металл |
- 1,44 -Д Г *4 |
П*м; |
карборунд-дерево |
- |
2,иЗхк“ 1'‘ !1«м; |
||||||||||
кварцевый песок-дерево |
- |
1,77* 10“ -^ |
Н-м; |
кварцевый песок-металл - |
|||||||||||
4,66*I0” *5 |
Н-м. С ростом |
кад |
ферма |
"провал/»" |
на |
гтя& иках |
п ун к |
||||||||
ции |
и£р * |
u^eSq) |
более выражена. |
Член |
|
|
существенен |
||||||||
|
только |
пои |
8и < 75 г.жм; |
пт:;; $и |
г. |
V5 |
мкм |
он |
со ставл яет |
||||||
» |
10% |
от члена |
подъемной |
силы; при |
Oq |
- |
OJ |
|
член |
FJg |
;z 4 |
||||
в несколько |
раз |
больше |
"подъемного |
члена". |
|
|
|
|
|
hfaH$~1i,S [ f t Щ 1Z$q * 5,5?($ч1ПУ ] k ( МО)
Известно, что начальные параметры процесса трогания, уноса и траектории движения частицы зависят от ее формы и ориентации по отношению направления потока. Вследствие этого в формулы для оп
ределения |
ufP |
и и^р |
необходимо ввести некоторый коэффициент |
07р . Для |
определения |
йтр , установления минимума и выпуклости |
|
и вогнутости функции |
и^р(5ч) были проведены эксперименталь |
||
ные исследования /1 3 /. |
Опыты проводились в горизонтальном канале |
||
прямоугольного |
сечения 200x100 мм и длиной 2500 м. Исследуемые |
частицы получены при продувании порошков в восходящем потоке возду ха. При составлении алгоритмов и программ обработки результатов
наблюдений предусматривали kQg |
- 0,1 |
* 2,5 |
с шагом 0 ,1 . При дан |
||||||
ном kQg и известной в результате эксперимента точки |
минимума |
из |
|||||||
условия экстремума |
определяли величину |
kag |
, а из |
выражения |
|||||
(138) - коэффициент |
(сомножитель) |
а Тр |
• |
При данном атр по (138) |
|||||
определяли значение и£р |
• Наиболее близкое |
совпадение опытных дан |
|||||||
ных достигалось при |
kaQ |
=0,5 - |
1 ,0 . Зависимости и^ |
\Sq-Zz4 ) , |
|||||
построенные по (138) с учетом коэффициента |
йтр |
показаны на |
ри с.69. |
||||||
Анализ результатов данных исследований позволяет сделать сле |
|||||||||
дующие выводы; в области |
значений 0 < Sq < |
50:75 |
мкм процесс |
отрыва |
|||||
определяют силы адгезии, |
а при $ч >50-75 |
мкм - |
сила |
тяжести; |
ин |
тенсивность влияния сил адгезии в первом случае с уменьшением раз
мера |
частиц сильнее, чем влияние Fg при S4 > |
50*75 мкм, т .е . в |
|
|||||
области малых значений величина критической скорости возрастает |
|
|||||||
очень сильно с уменьшением S4 , и, напротив, |
в |
области |
Оу> 5 0 *^ |
мкм |
||||
значения с/*Р увеличиваются |
слабее |
с ростом |
размера частиц; для тон |
|||||
кодисперсных частиц {Sy < 25 |
мкм) |
величины |
Ц |
очень |
большие; |
на |
||
процессы трогания и уноса частиц большое влияние оказывают вид и |
|
|||||||
характер материала подстилающей |
поверхности; |
ММ (135) - |
(138) адек |
|||||
ватно |
описывают рассматриваемый |
процесс и мо1у т |
применяться при |
ана |
||||
лизе |
и оптимизации CHIB, СА и |
ЦСПС. |
|
|
|
|
|
Модель отрыва монослоя частиц аналотчна вышеописанным моделям.
Однако, если |
частицы имеют |
одинаковый размер* форму и ориентацию в |
|||||
потоке |
(группа шаров), то такой монослой не может |
полностью оторвать |
|||||
ся от |
стенки |
при скоростях |
потока |
или |
, |
определенных для |
|
отделенной частицы. Это объясняется тем, что условия обтекания |
каж |
||||||
дой частицы в |
данном случае |
неодинаковы и |
каждая |
частица может |
на- |
квавцевого |
|
(-1,27&*К)-Ь, |
-3900); 5 |
—*JU\ |
кварцевого |
песка ( —1 ,ч /и »-UJ |
,4W1.,4W__ ______ нормальной сб- |
|
работки), ктр - 0,76; |
- - |
- ттерево (ель вдоль волокон),Лтр= |
|
|
1,16 |
Рис. 70. Зависимость средней критической скорос ти потока воздуха в стеклянной трубе давметром 100 мм от размера корундовых частиц: / - опытые
данные С.Сыпкина /7 1 /; 1 |
- К£?вая» noGTPceHHdK |
по формуле |
(138) |
Рис. 71. Зависимость коэффициента очистки металлической по
верхности |
от средней |
скорости |
движения воздуха; 1 |
- пыль, |
|
собранная |
с пола около сушильной печи в отделении |
подготов |
|||
ки |
составляющих цеха |
по производству керамзита ( J>4 |
|||
- |
2560 кг/м3; Ое - 5 |
4 ,U мкм; |
Ле = 2,246); 2 - пыль около |
агломерационной машины на аглофабрике металлургического ком
бината (4030; 48,0; 3 .271); |
5 |
- в |
отделении |
заливки литей |
ного цеха (2480; 170,0; 2,540); 4 - |
около выбивной решетки в |
|||
литейном цехе (3648; 145.0; |
9,989); |
5 - возле |
конвейера в |
|
конвертерном цехе (3715; |
242,0; |
2,475) |
|
на отрыв, адекватно описывает процесс и может использоваться для анализа и оптимального решения СРПЗ и ЦСГЮ в "чистых комнатах" и
впомещениях с незначительными выделениями пыли.
Вразделе 2.3 осадки в виде слоя пыли толщиной Исл классифи цированы по характеру уноса воздушными потоками на эрозиругащиеся и децудирующиеся. Как показали опыты, перше осадки образуются из гр.у бодасперсных, твердых, неслипэющихся, малослипающихся и гидрофоб ных пылей. Денударующиеся осадки, напротив, состоят из тонкодисперс ных, пластичных, слипающихся, сильнослипающихся и гидрофильных час тиц.
Отдельные частицы верхней части эрозир.ующегося слоя выступа ют не на полный размер $ц - они как бы заглублены. Вследствие это го, даже в случае одинаковых поверхностей соприкосновения с части цами монослоя на стенке, они будут подвергаться меньшим силам воз действия потока при одинаковых режимах течения. С другой стороны,
силы ay тогеяии частиц данных пылей меньше |
сил |
адгезии |
части!; со |
||||
стенко* и вслелствие |
э т о г о , |
значения и кР для |
частиц, |
расположен |
|||
ных на слое таких пе |
частиц, |
и и£р2 для |
частиц данной |
пыли, |
но |
||
лежащих на стенке, имеют примерно одинаковые значения. |
|
|
|
||||
Таким обрязом, |
процесс |
уноса пыли из |
эрозируюцегося |
слоя |
начи |
нается примерно при тех же скоростях потока, что и процесс уноса
частиц мс нос лон. При этом отрыв отдельных частиц пыли со слоя мож
но рассматривать как отрыв отдельной частицы или отрыв частиц мо
нослоя. Очевидно, что при определенных |
иср 9 близких |
к и*р1 .про |
|
исходит отрыв отдельных части:;, которые |
в |
дальнейшем |
двигаются п о |
поверхности слоя и могут на своем пути |
или |
попасть в |
углубление |
между другими частицами и оставаться тахМ д*о некоторого момента времени, или за счет столкновений с другими частицами попасть в
зону градиентного обтекания и, благодаря возникающей FnoQ и силе
Мебиуса, унестись потоком. Однако при данных значениях иср и воз можно и следующее явление. Отдельные частицы, заполнив при своем движении по поверхности слоя неровности между другими частицами, уплотняют одой и его профиль станет обтекаемым - унос уменьшится или прекратится совсем . При скоростях потока, близких к Ucp , но меньших ее, уносу частиц предшествует движение их по поверхности слоя. Пройдя некоторое расстояние, частицы могут столкнуться с другими, выступающими из слоя, и подскочить вверх. Оторванная час тица, вращаясь, будет двигаться по определенной траектории. Поток понесет ее с большей скоростью . Двигаясь по траектории, частица будет продолжать ускорять свое движение, нежа не ударятся о слой.
Иногда она снова отскакивает и снова ударяв тая о слой, способствуя
отрыву других частиц, и так повторяется много раз. При уларе о по верхность слоя частица теряет часть энергии, поэтому с каждым ра
зом она будет подскакивать все ниже. При Уносу час
тиц не предшествует перенос их по поверхности слоя. Поток преодо левает силы, удерживающие частицы, и уносит последние. Процесс
эрозии зависит от времени контакта потока со слоем. Величина у н о
са тем беляше, чвм больше время экспонирования. За одно и то же время она возрастает о увеличением скорости потока. Зависимость величины уноса пыли из слоя неограниченной величины от скорости потока носит экспоненциальный характер:
аунехр(-а}н/“ср) или tgtyw - ачн- (a'SH/ucp ) t (142)
где |
- величина |
уноса |
пыли, г / ( • с ) или |
г/м 3; # « / - постоян- |
ная, |
представляющая |
собой |
логарифм предельной |
величины у н о са ,к о |
торый постигается при оесконечном увеличении скорости потока; o'VH - постоянная, характеризующая работу, затрачиваемую на
преод]олени е веса частиц при их взвешивании и на преодоление сил аутогезии частиц друг с другом и с расположенным ниже слоем пыли.
Таким образом, при достаточном количестве пыли, когда отсут ствует влияние подстилающей поверхности, величины уноса пыли с
единицы поверхности в единицу времени и |
в |
единице объема возду |
ха - постоянные. Их значения возрастают |
с |
увеличением скорости |
потока, но каждому значению скорости соответствует определенная
величина уноса. Эрозия слоя |
ограниченной толщины |
ксл |
в нвчале |
|||||||||||
происходит по вышеописанной |
схеме, а затем за счет нехватки пы |
|||||||||||||
ли и влияния стенки интенсивность уноса начинает падать. Ско |
||||||||||||||
рость |
потока, |
при |
которой наблюдается полный унос |
пыли |
со стенки |
|||||||||
иоч |
|
* обратно |
пропорциональна |
времени контакта. Чем оно боль |
||||||||||
ше, |
тем при меньших иСр |
достигается очистка |
поверхности и нао |
|||||||||||
борот. |
С учетом |
(142) зависимость |
имеет вид |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
»ОЧ = C O jp/t) * и,кр |
|
|
|
(143) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
где |
о эр |
опытная постоянная,зависящая |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
от вида пыли материала и характера состоя |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ния |
стенки |
и толщины осадка; иКр - крити |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ческая скорость потока, при которой начи |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
нается процесс переноса отдельных частиц |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
по поверхности слоя. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависимости (142) и (143) составляют |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
процесса эрозии. Для идентификации мо |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
дели были |
проведены серии |
опытов /1 3 / с |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
пылями всех основных производств в промыш |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ленности. Эксперименты проводились в гори |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
зонта льном. канале прямоугольного сечения |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
U,4*0,4 м^, длиной 4,5 м. |
|
|
|||||
рис.72. |
Зависимость |
|
Результаты опыта для ряда пылей при |
|||||||||||
ведены на рис. 72,73,74 |
и |
в табл.19. |
||||||||||||
аутогезионного |
уноса |
|||||||||||||
(эрозии) |
пыли |
от |
дви |
|
Анализ результатов |
исследований пока |
||||||||
средней |
скорости |
зал |
следующее: при постоянной скорости ло- |
|||||||||||
жения воздуха: |
|
/ |
- |
|||||||||||
кварцитовая пыль |
(ск о- |
тока унос |
возрастает |
с увеличением разме- |
||||||||||
рость |
витания частиц |
ров |
J |
пыли; при |
иср< |
^ |
, |
|||||||
пыли |
равна 0,025 |
м /с; |
частиц |
8-12 |
м/с т о н к о |
|||||||||
м у * =то*же^10 ^ ^ 0 4 0 ^'дисперсные |
пыли уносятся интенсивнее гру- |
|||||||||||||
0,067: 25,0);*3 |
- ’ то |
бодисперсных; при 8-9 |
м/с |
интенсивность |
||||||||||
же |
0,07D; 3 1 ,0 ;3 8 ,6 ); |
уноса с единицы площади в |
единицу времени |
|||||||||||
Ц |
- |
магнезитовая пыль |
возрастает |
с увеличением длины слоя, а при |
||||||||||
(0,003; 1 ,0 ;3 1 ,30) |
|