Dissert-UsmanovaПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗООЧИСТКИ ГИДРОДИНАМИК. Исследование влияния основных факторов на гидравлическое сопротивление аппарата Исследование влияния жидкой фазы Исследование влияния вращения ротора Выбор оптимального

• Название: Исследование влияния основных факторов на гидравлическое сопротивление аппарата Исследование влияния жидкой фазы Исследование влияния вращения ротора Выбор оптимального
• Дата: 21.10.2022
• Размер: 5.14 Mb.
• Имя файла: Dissert-UsmanovaПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗООЧИСТКИ ГИДРОДИНАМИК.pdf
• Тип: Исследование; #746286
• страница: 13 из 22

4.3 Математическое моделирование движения дисперсных частиц в
лопатках импеллера
Согласно литературным источникам [66,72], известные конструкции аппаратов с внутренней рециркуляцией жидкости имеют значительные габариты, вследствие низкой скорости газа в контактных каналах, и могут работать лишь в небольшом диапазоне изменения фазовых нагрузок. Эти проблемы совместно с недостаточной изученностью процессов, протекающих в аппаратах, отсутствием достоверных методов их расчета, затрудняют разработку новых конструкций газопромывателей данного типа и широкое их внедрение в промышленность.
Количественная оценка эффективности процесса осаждения на поверхности жидкости может быть выполнена на основе рассмотрения физической модели взаимодействия встречных струй. С некоторыми допущениями, физическую модель взаимодействия встречных струй можно представить, как конкретную задачу о натекании струи газового потока на поверхность жидкости. Используя метод конформных отображений можно получить зависимость, связывающую координаты точек на поверхности осаждения со скоростями.
Основными задачами, которые ставились при разработке новой конструкции ротоклона с внутренней циркуляцией жидкости, были следующие создать аппарат для очистки газов с широким диапазоном изменения режимных параметров, в частности, для очистки воздуха от мелкодисперсной пыли получить дифференциальное уравнение движения частиц,
для определения их траекторий в зоне натекания газового потока на поверхность жидкости, а также рассчитать предельные размеры частиц, осаждаемых на поверхность жидкости.
Постановка задачи гидродинамики аэродисперсных систем
Исследование процесса газодинамики аэрозоля или движения одиночной частицы начинается с формализации задачи, тес записи ее в математическом виде – в виде системы уравнений

В некоторых сложных случаях эта стадия исследования является самостоятельной задачей Методически стадия постановки задачи состоит из следующих этапов. Выбор физической модели процесса. На этом этапе принимается различного рода идеализация, схематизация и т.д., например, вместо реального газа принимается какая-либо из классических моделей модель идеальной жидкости (газа) или модель вязкой жидкости. В рамках заданной модели можно дополнительно ввести предположение о внешних воздействиях. Выбор системы отсчета, в которой описывается движение и состояние изучаемой среды. Например, система Эйлера, когда система координат неподвижна, а среда движется относительно нее, или система Лагранжа, когда система координат связана с движущейся "частицей, а движение изучается относительно этой частицы.
3.
Запись универсальных уравнений термодинамики, механики,
электродинамики и т. п. Уравнения могут быть в дифференциальной или интегральной форме. Дополнительные уравнения, характеризующие условия однозначности,
в которых заданы область, занятая средой, и интервал времени условия в бесконечности особые точки внутри среды начальные условия граничные условия. Введение допущений, связанных с уменьшением числа независимых переменных, например движение, установившееся – исключается время t;
• движение плоскопараллельное – исключается одна координата, система координат выбирается так, чтобы скорости частиц были параллельны плоскости
х – у движение потенциальное, а жидкость несжимаема. Это упрощение дает возможность свести задачу к отысканию всего лишь одной неизвестной

150 6. Введение допущений, связанных с линеаризацией уравнений. Как правило, основные уравнения движения, энергии и т.д. – нелинейные, так как искомые функции входят в основные уравнения ив уравнения граничных условий в общем случае нелинейно.
Линеаризация уравнений не только упрощает сами уравнения и их решение, но и приводит к тому, что можно использовать принцип суперпозиции решений. Этот принцип заключается в том, что сумма нескольких частных решений является общим решением уравнения, тогда как для системы нелинейных уравнений сумма частных решений не является общим решением.
Получить аналитическое решение уравнений газодинамики аэрозолей весьма трудно в связи с существенным усложнением как самих дифференциальных уравнений движения и энергии, таки уравнений граничных и начальных условий. Это приводит к необходимости вводить упрощения,
заменять точные, но сложные связи между величинами приближенными, но более простыми. В основе таких упрощений лежат переход от обычных переменных к обобщенными установление правил или условий моделирования.
Метод масштабных преобразований используют в тех случаях, когда известны все основные уравнения процессов. Этот метод позволяет достичь тождественности безразмерных форм уравнений. При этом выявляются обобщенные переменные или критерии подобия. Метод анализа размерности применяют в тех случаях, когда рассматриваемые процессы не имеют математического описания, а известны лишь соотношения, характеризующие процессы в самых общих чертах Вывод уравнения движения частиц в ротоклоне
Характер взаимодействия газового потока с поверхностью орошающей жидкости в ударно-инерционных аппаратах представлен на рисунке 4.14.

Рисунок 4.14 – Линии тока через лопатки импеллера
При натекании газового потока формируется впадина (воронка) на поверхности жидкости,
глубина которой зависит от давления, создаваемого газовым потоком. В диапазоне скорости газа от до 10 мс, глубина образовавшейся впадины будет незначительна. Волно образование на поверхности жидкости имеет слабовыраженный характер и на определенном расстоянии от оси потока начинает затухать.
При увеличении скорости газового потока до 10 мс, возникает частичный срыв капельной жидкости с образованием "обратных" струй газового потока.
При дальнейшем повышении скорости газа интенсивность каплеобразования усиливается.
В основном каплеобразование происходит с боковой поверхности впадины. Размер генерируемых с поверхности жидкости капель составляет от до 600 мкм Глубина впадины, образующейся при натекании потока на поверхность жидкости, определяется из выражения [80]:
r
A
n
d
h где h – расстояние от лопаток импеллера до уровня жидкости в аппарате, мм – диаметр входного патрубка, мм – безразмерный коэффициент критерий Архимеда, определяемый по формуле:
l
г
r
gd
V
A



2
(4.8)
где г скорость газа на входе в импеллер, м/с.
Диаметр впадины определяется по формуле [84]:
85
,
0
)
(
67
,
0 Скорость "обратной" струи

152 2
2 Если струя конечной ширины "а" натекает на поток бесконечной ширины, то течение описывается уравнением – комплексная скорость течения – комплексный потенциал – комплексная координата течения.
После разделения переменных и интегрирования уравнение (принимает вид С помощью уравнения (4.11) и подстановки








d
dW
d
dW
dW
dZ
d
dZ
1
(4.13)
определяется взаимосвязь между ζ и или 2
1 Постоянная интегрирования в уравнении (4.15) выбрана таким образом,
что в критической точке 0 комплексная скорость течения ζ=0. Уравнения (и (4.15) определяют функцию тока ψ, потенциал скорости f и описывают поле скоростей в зоне взаимодействия струи газового потока с поверхностью жидкости.
После преобразований и приведения к безразмерному виду можно получить зависимости, связывающие

си где Z' – безразмерная комплексная координата' – безразмерный комплексный потенциал.
Обобщенное уравнение движения частиц в газовом потоке имеет вид:
F
V
d
m
r
r




(4.17)
где m
r
– масса частиц векторы скорости векторы результирующих сил, действующих на частицу.
Для частиц d ≤ 70 мкм, для которых применим закон Стокса, уравнение) записывается как 6
6 Уравнение (можно привести к безразмерному виду, вводя обозначения получим 0
0 где критерий Фруда;
a
V
p
d
St
r
r
μ
18
=
∞
2
– критерий Стокса.
используя соотношения 0
2 0
0 2
0 2
0 0
0 0
;
;









d
Y
d
d
dV
d
Х
d
d
dY
V
d
dХ
V
y
r
y
r
x
r
получим систему дифференциальных уравнений в координатах x и y:

154
)
(
1
)
(
1 0
0 2
0 2
0 0
2 0
2











d
dy
V
St
d
y
d
d
dx
V
St
F
d
x
d
y
x
r
(4.20)
Расчёты по уравнениям (4.18-4.20) позволяют определить размеры осаждаемых частиц и построить их критические траектории в области натекания газового потока на поверхность жидкости.
Полученные зависимости относятся к случаю, когда фактически отсутствует зазор между выходными кромками лопаток импеллера и поверхностью жидкости. При этих условиях, одновременно с осаждением дисперсных частиц,
происходит интенсивная генерация жидкости се поверхности, после чего жидкость сепарируется из газового потока посредством каплеотбойников.
Таким образом, представлена физическая модель взаимодействия встречных струй, которую можно рассмотреть, как конкретную задачу о натекании струи газодисперсного потока на поверхность жидкости. Установлена зависимость, связывающая координаты точек на поверхности сепарации со скоростью газодисперсного потока, расчёты по которой позволяют определить размеры осаждаемых частиц и построить их критические траектории Аэродинамическое профилирование лопаток импеллера
Основным недостатком аппаратов с внутренней циркуляцией жидкости является зависимость эффективность газоочистки от энергозатрат на продвижение запыленного газа через поверхность улавливающей жидкости [61,
71-73]. Значительные энергозатраты на очистку газа ставят задачу поиска новых оригинальных конструктивно-схемных решений. Остро стоит задача создания таких пылеуловителей, в которых правильная организация взаимодействия движущихся фаз внутри аппарата способствовало бы уменьшению эксплуатационных расходов без ущерба для эффективности очистки.
Актуальными направлением гидродинамики становится создание такой аэрогидродинамической обстановки в пылеуловителях, которая позволяет существенно повысить эффективность процессов и при этом снизить

гидравлическое сопротивление. Это важное направление в экспериментальных и численных исследованиях, позволяющее установить физический механизм вихревой интенсификации с целью оптимизации процессов, происходящих в пылеулавливающих установках.
Моделирование движения и сепарации газа
Для снижения гидравлического сопротивления целесообразно применять аэродинамически рациональное профилирование лопаток импеллера. Придание лопаткам импеллера синусоидального профиля позволяет устранить отрыв потока на кромках. При этом с большей постоянной скоростью осуществляется обтекание входного участка лопаток импеллера, и увеличивается число рикошетов от их профилированной части. В результате чего можно прогнозировать незначительное увеличение эффективности очистки газа. Схема расчета профилированных лопаток изображена на рисунке Рисунок 4.15 – Расчетная схема
Поток запыленного газа можно схематизировать в виде плоского потока несжимаемой жидкости,
поступающего в лопатки со скоростью υ, под углом α + β. При развороте у кромок лопаток, поток теряет частицы пыли, рикошетирующие от лопаток и захватываемые промывной жидкостью.
Очищенный газ срывается с кромок лопаток и образует в каналах между ними отрывные зоны с устойчивым давлением. Если границы отрывных зон смоделировать как области разрыва касательных скоростей в идеальной
(невязкой) жидкости, то можно использовать для расчета течения известные методы теории струй.
Соответственно, на границах отрывных областей давление р
с
и скорость
υ
с постоянны и связаны с давлением р
х
и скоростью х в набегающем потоке посредством интеграла Бернулли:
Г
2 1
2 1
2
*
5
,
0 р – давление замедленного потока, ориентировочно равное давлению р
0
газа до входа в импеллеры. Если пренебречь трением и перемешиванием, поток

газа можно представить как струю шириной b, проходящую со скоростью под углом α>0. Параметры потока в сечениях С-А и С-С описываются уравнением неразрывности интегралом Бернулли (4.21) и уравнением количества движения в проекциях на направлении лопаток 2
2 1
1 1


















K
K
Г
K
K
Г
F
Q
F
Q
(4.22)
где Q
k
– объемный расход газа, проходящего через импеллер;
F
k
– площадь поверхности одной лопатки.
С учетом (4.22), получим 2
2 1
2 2
1 1
2 2
sin sin sin sin sin
1
сos
сos
(4.23)
Результаты расчетов представлены на (рис. 4.19), где значение угла определено в зависимости от конструктивных параметров лопаток (Ширину струи b после ее поворота между лопатками импеллера определяют из соотношения sin sin
)
(
/
1 1
1 1
1 Уравнение (4.24) позволяет определить угол входа струи
α
1
в зависимости от конструктивных параметров лопаток. Зная параметры профиля лопаток α и β, можно определить рисунок 4.16), и затем, по графику (рисунок) рассчитать относительную скорость потока Распределение скоростей по сечению потока, необходимо знать для расчета траектории движения частиц.
Рисунок Влияние угла на скорость при различных α и Рисунок Зависимость угла от конструктивных параметров лопаток

Для более детального изучения аэрогидродинамических характеристик в аппарате было применено компьютерное моделирование в программе Ansys Моделировалось течение газа без дискретной фазы, т.к. силовое и тепловое влияние частиц мало и им можно пренебречь. Целью исследования ставилось установление роли лопаток импеллера, для чего были проведены сравнительные испытания эффективности работы аппарата, реализованного в
двух конструктивно-схемных решениях а) обычный ротоклон (рисунок 4.18); б)
ротоклон с лопатками импеллера, предложенными в настоящей работе (рисунок. Газовый поток в аппарате с лопатками импеллера в зоне инжекции имеет многочисленные равномерные завихрения. За лопатками импеллера образуется турбулентный следи рост частоты турбулентных пульсаций, что связано с отрывом пограничного слоя от его поверхности. Поле скоростей (рисунок показывает, что с установкой синусоидальных лопаток импеллера, наблюдается более равномерное распределение скоростей в аппарате.
Рисунок Поле скоростей без учета лопаток импеллера
Рисунок Поле скоростей с лопатками импеллера
Можно сделать выводы, что лопатки импеллера усиливают турбулентность очищаемого газа в зоне инжекции аппарата, что положительно сказывается на эффективности сепарации мелкодисперсных примесей.
157
Для более детального изучения аэрогидродинамических характеристик в аппарате было применено компьютерное моделирование в программе Ansys Моделировалось течение газа без дискретной фазы, т.к. силовое и тепловое влияние частиц мало и им можно пренебречь. Целью исследования ставилось установление роли лопаток импеллера, для чего были проведены сравнительные испытания эффективности работы аппарата, реализованного в
двух конструктивно-схемных решениях а) обычный ротоклон (рисунок 4.18); б)
ротоклон с лопатками импеллера, предложенными в настоящей работе (рисунок. Газовый поток в аппарате с лопатками импеллера в зоне инжекции имеет многочисленные равномерные завихрения. За лопатками импеллера образуется турбулентный следи рост частоты турбулентных пульсаций, что связано с отрывом пограничного слоя от его поверхности. Поле скоростей (рисунок показывает, что с установкой синусоидальных лопаток импеллера, наблюдается более равномерное распределение скоростей в аппарате.
Рисунок Поле скоростей без учета лопаток импеллера
Рисунок Поле скоростей с лопатками импеллера
Можно сделать выводы, что лопатки импеллера усиливают турбулентность очищаемого газа в зоне инжекции аппарата, что положительно сказывается на эффективности сепарации мелкодисперсных примесей.
157
Для более детального изучения аэрогидродинамических характеристик в аппарате было применено компьютерное моделирование в программе Ansys Моделировалось течение газа без дискретной фазы, т.к. силовое и тепловое влияние частиц мало и им можно пренебречь. Целью исследования ставилось установление роли лопаток импеллера, для чего были проведены сравнительные испытания эффективности работы аппарата, реализованного в
двух конструктивно-схемных решениях а) обычный ротоклон (рисунок 4.18); б)
ротоклон с лопатками импеллера, предложенными в настоящей работе (рисунок. Газовый поток в аппарате с лопатками импеллера в зоне инжекции имеет многочисленные равномерные завихрения. За лопатками импеллера образуется турбулентный следи рост частоты турбулентных пульсаций, что связано с отрывом пограничного слоя от его поверхности. Поле скоростей (рисунок показывает, что с установкой синусоидальных лопаток импеллера, наблюдается более равномерное распределение скоростей в аппарате.
Рисунок Поле скоростей без учета лопаток импеллера
Рисунок Поле скоростей с лопатками импеллера
Можно сделать выводы, что лопатки импеллера усиливают турбулентность очищаемого газа в зоне инжекции аппарата, что положительно сказывается на эффективности сепарации мелкодисперсных примесей

158
4.6 Экспериментальные исследования и расчет граничных
концентраций орошающей жидкости
Одной из тенденций развития мокрых пылеуловителей является создание аппаратов интенсивного действия с высокой пропускной способностью по газовой фазе, что связано с выгодным снижением габаритов установок. В этих условиях вследствие высокой относительной скорости движения жидкой и газовой фаз, решающее влияние на эффект пылеулавливания оказывают механизмы инерционный и непосредственного захвата частиц. Такой процесс реализован в ударно-инерционных пылеуловителях, к которым относится исследуемый аппарат.
Авторы
Jarzkbski и, анализируя работу ударно- инерционного пылеуловителя, установили, что в процессе пылеулавливания определяющую роль играет явление инерционного столкновения пыли с каплями воды. Эффективность выделения частиц пыли снижается вместе с ростом размеров, генерированных в осадительном пространстве капель. В
случае генерирования капель сжатым воздухом, их величина определяется уравнением Nukijama и Tanasawa [174, 175], из которого следует, что капли тем больше, чем выше значение вязкости жидкой фазы. Поэтому рост вязкости может вызвать понижение эффективности пылеулавливания. В литературе практически не имеется сведений о влиянии вязкости улавливающей жидкости на процесс пылеулавливания. Поэтому одной из целей нашей работы явилось выявление влияния вязкости жидкости на эффективность пылеулавливания.
Можно допускать, что для определенных трехфазных систем газ жидкость – твердое тело граничная концентрация пыли может оказаться слишком большой, что непосредственно повлияет на слишком большую степень циркуляции, которую трудно реализовать в условиях промышленной эксплуатации мокрых пылеуловителей.
Формулирование проблемы опирается наследующих положениях. В
условиях полной циркуляции жидкости, при постоянных геометрических размерах пылеуловителя можно обеспечить постоянство эксплуатационных

параметров - это относительная скорость движения жидкости и аэрозоля,
концентрация пыли в газе, поверхностное натяжение жидкости либо угол смачивания пыли. Растущая во времени концентрация пыли в жидкости ведет к единственному существенному изменению – увеличению ее вязкости. После превышения определенной концентрации суспензия теряет свойства ньютоновской жидкости. Условия работы пылеуловителя при полной циркуляции жидкости приближены к тем, какие можно получить в аппарате периодического действия, когда при эксплуатации в пылеуловительную систему не вводится свежая вода. Собранная в аппарате, задержанная жидкостью пыль,
компенсирует объемные потери жидкости, необходимой на увлажнение проходящего газа и ее соответствующий унос. В литературе отсутствуют работы, теоретически и экспериментально описывающие влияние вязкости и влияние реологических свойств суспензии на эффективность пылеулавливания.
Причиной служит тот факт, что в качестве рабочей жидкости обычно используется вода, а пылеуловители работают, в основном, при постоянных температурах. Одновременно, при использовании частичной циркуляции обеспечивается определенный уровень концентраций пыли в жидкости. В свою очередь, доступные в литературе зависимости указывают на незначительный рост вязкости суспензии даже при повышении ее концентрации на несколько процентов.
Рассуждения, обосновывающие возможность влияния вязкости суспензии на эффективность пылеулавливания, можно отнести как на анализ основных механизмов, влияющих на осаждение частиц на межфазной поверхности, таки на условия образования этой развитой поверхности жидкости. Переход частиц пыли из газа в жидкость происходит, главным образом, в результате инерционного воздействия, эффекта "прилипания" и диффузии. В зависимости от типа мокрого пылеуловителя частицы пыли выделяются на поверхности жидкости, которая может быть реализована в виде капель, движущихся в потоке аэрозоля, пленок жидкости, сформированных в аппарате, поверхности газовых пузырьков, образующихся в условиях барботажа и увлажненных поверхностей стенок аппарата

В монографии [185] широко описано влияние различных механизмов на эффективность осаждения частиц пыли на поверхности жидкости. Описание механизмов и их влияния на эффективность пылеулавливания можно найти в работах [183, 186] касающихся проблемы мокрой пылеочистки газов. В
литературе меньше внимания уделено вопросам формирования поверхностей жидкостей и их влиянию на эффективность пылеулавливания.
Рассматривая механизм инерционного действия независимо от поверхности жидкости, захватывающей пыль, в основном считается, что для гидрофильных типов пыли столкновение частички твердого тела с поверхностью жидкости равносильно немедленному ее поглощению жидкостью,
а затем немедленному освобождению и восстановлению Поверхности жидкости для следующих соударений. В случае пыли, плохо смачивающейся, время,
необходимое для поглощения частицы жидкостью, может быть более длительным, чем время, после которого частица подойдет к ее поверхности.
Очевидно, это является причиной снижения возможности задерживания пыли жидкостью из-за отскока частицы, идущей к поверхности, от частицы,
находящейся на ней. Эффект этот можно считать реальным, так как в условиях мокрого пылеулавливания с поверхностью каждого элемента жидкости соударяется больше пыли, чем ее было бы достаточно для формирования монослоя. Скорость поглощения частиц пыли может явиться лимитирующей стадией пылеулавливания. На скорость поглощения частицы влияет не только ее энергия, необходимая для преодоления сил поверхностного натяжения, но также и скорость движения ее в жидкой среде, зависящая от ее вязкости и реологических свойств. Эффективность пылеулавливания
Kabsch
[112]
связывает со скоростью увлечения пыли жидкостью, описав ее как массу m проникающую в единицу времени через единицу поверхности А в глубину жидкости в результате соударения зерен пыли с этой поверхностью
t
A
m
r
s


Скорость связывания пыли жидкостью зависит от физико- химических свойств пыли и ее способности к смачиванию, физико-химических свойств газа

и рабочей жидкости, а также концентрации аэрозоля. Желая подтвердить выдвинутую гипотезу, Kabsch [112] проводил исследования, касающиеся влияния концентрации скорость связывания пыли жидкостью. Увеличение концентрации пыли в газе вызывало некоторое увеличение скорости связывания,
однако в меньшей степени, чем это следует из линейной зависимости.
Основные для техники мокрого пылеулавливания модели Semrau, Barth'a и не учитывают влияния вязкости суспензии на эффект пылеулавливания. В работе Pemberton'a [115] установлено, что в случае осаждения частиц, не смачиваемых на каплях, обязательным является их поглощение внутрь жидкости, а их движение в жидкости подчиняется правилу
Stokes'a.
Скорость движения может характеризовать коэффициент сопротивления движению частицы в жидкости, а значит, и динамический коэффициент вязкости жидкости. Возможность влияния вязкости жидкости на эффективность захвата частиц пыли каплей путем одновременного Действия трех механизмов:
инерционного, "захвата" и описывает полуэмпирическое уравнение Slinna учитывающее отношение вязкости жидкости к вязкости газа.
В общем случае считается, что существует определенный размер капли, при котором достигаются оптимальные условия осаждения частиц определенного размера, а эффективность оседания частиц пыли на капле быстро снижается с уменьшением размера этих частиц и Giowiak [125], анализируя работу ударно-инерционного пылеуловителя установили, что в процессе пылеулавливания определяющую роль играет явление инерционного столкновения пыли с каплями воды.
Эффективность выделения частиц пыли снижается вместе с ростом размеров,
генерированных в осадительном пространстве капель, в случае генерирования капель сжатым воздухом, их величина определяется уравнением Nukijama и [76], из которого следует, что капли тем больше, чем выше значение вязкости жидкой фазы. Поэтому рост вязкости может вызвать понижение эффективности пылеулавливания.
Высота слоя динамической пены, образующейся в пылеуловительной системе при определенной относительной разности скоростей газовой и жидкой

фаз, снижается по мере роста вязкости жидкости [120], что вызывает снижение эффективности пылеулавливания, следует считать, что подобный эффект относится также к слою интенсивного барботажа и брызго-капельному слою,
частично деформирующемуся в пылеулавливающих системах.
Резюмируя, можно утверждать, что в литературе практически не имеется сведений о влиянии вязкости улавливающей жидкости на процесс пылеулавливания. Поэтому одной из целей работы явилось выявление влияния вязкости жидкости на эффективность пылеулавливания.
Проведенные исследования имели основную цель подтверждение гипотезы о существовании такой граничной концентрации суспензии, при превышении которой снижается эффективность работы пылеулавливающего аппарата.
Разработана концепция эксперимента и
установка
«ротоклон регулируемыми лопастями [254] (рисунок 4.2), оснащенная необходимыми системами замера общей и фракционной эффективности и типовыми системами для определения расхода газа и гидравлического сопротивления. Смонтировано устройство точной дозировки пыли. Проведенная калибровка измерительных систем обеспечила соответственную повторяемость полученных результатов.
Частицы сыпучих материалов (мела, талька, сажи) во большинстве случаев можно подавать из бункера, регулируя расход вентилем [103]. В качестве более совершенной системы подачи частиц использовался шнековый питатель (рис. На выбор подходящей системы питания влияет способность частиц к слипанию и истиранию.
Для высокконцентрированных мелких частиц необходима противоточная очистка фильтра.
Причем,
фильтры создают неустранимые полностью пульсации давления [105], поэтому размеры частиц в циркуляционном контуре могут отличаться от исходных размеров твердой фазы,
подаваемой в установку. Пульсация давления от шиберов может быть легко устранена, так как она менее значительна из за высокой частоты потока нагнетаемых частиц.
Были исследованы пыли, различающиеся своей смачиваемостью
(талькомагнезит молотый ТМП, медианный диаметр равен мкм, белая сажа с мкм растворимость вводе по массе (25°C) и порошок мела

В рабочей зоне аппарата газопылевой поток проходил лопатки импеллера очищался и через каплеотбойник 8 выводился наружу. Газ подавался в аппарат с помощью вакуум-насоса 10, его расход регулировался с помощью диафрагмы Перепады давления газа измерялись манометром. Для измерения концентрации пыли на входе и выходе были применены три зонда, которые установливались на вертикальных участках газохода. Запыленность газодисперсной смеси определялась методом внешней фильтрации. Для соблюдения условий изокинетичности отбора проб посредством пневмометрической трубки делали предварительные замеры скорости движения газа в газоходе. При этом учитывалось, чтобы зонд отбора проб был правильно установлен по отношению к току взвеси, что предотвращает забивание отверстия частицами пыли.
Следует отметить, что в точных экспериментальных исследованиях необходимо использовать пробоотборные трубки малого сечения. Хотя может показаться, что отбор через трубки малого размера затруднителен из-за возможности их забивания, опыт работы показывает, что успешный отбор осуществляется легко, что объясняется появлением сил Магнуса, которые удаляют частицы от стенок трубки. Таким образом, нецелесообразно увеличивать сечение отборной трубки, являющейся продолжением головки зонда.
Кроме того, скорость в пробоотборной трубке должна соответствовать истинной скорости движения анализируемого газа.
Что, однако, не распространяется либо на очень мелкие, либо на достаточно крупные частицы,
которые не следуют линиям тока перед зондом. В последнем случае всегда точно будет определяться массовый расход твердых частиц. Наоборот, при очень мелких частицах точно измеряется концентрация частиц. В процессе эксперимента каждый фильтр взвешивался дои после замеров посредством аналитических весов. Фракционный состав пыли определялся измерительными системами, аналогичными рассмотренными в главе 3.

Рисунок Измерение вязкости суспензии
Для определения структурно-механических свойств суспензии был использован вискозиметр
РВ–8
(рисунок
4.20).
Вискозиметр снабжен вращающимся цилиндром с делениями для контроля глубины его погружения в суспензию.
Цилиндр приводится во вращение,
посредством системы, состоящей из ротора,
нити, блоков и груза.
Для прекращения вращения применяется тормоз. Измерения при каждой нагрузке проводились не менее трех раз при постепенном повышении веса груза наг до точной фиксации времени целого числа оборотов. После осреднения полученных результатов и
определения угловой скорости,
строилась зависимость скорости вращения от примененной нагрузки.
Вязкость определяется из закона Пуазейля, согласно которому [105]:


4 1
2 объем dt
R t
l





 


 

 объем где [η] – вязкость суспензии P
1
, P
2
– внешние давления на вращающийся цилиндр R радиус цилиндра L – длина капиллярной трубки объем объем пыли в единице объема суспензии t – время протекания через капиллярную трубку эталонной жидкости k – константа, зависящая от свойств орошающей жидкости Обсуждение результатов исследований
Для каждой пыли, используемой в исследованиях, была определена зависимость общей эффективности пылеулавливания от концентрации
164
Рисунок Измерение вязкости суспензии
Для определения структурно-механических свойств суспензии был использован вискозиметр
РВ–8
(рисунок
4.20).
Вискозиметр снабжен вращающимся цилиндром с делениями для контроля глубины его погружения в суспензию.
Цилиндр приводится во вращение,
посредством системы, состоящей из ротора,
нити, блоков и груза.
Для прекращения вращения применяется тормоз. Измерения при каждой нагрузке проводились не менее трех раз при постепенном повышении веса груза наг до точной фиксации времени целого числа оборотов. После осреднения полученных результатов и
определения угловой скорости,
строилась зависимость скорости вращения от примененной нагрузки.
Вязкость определяется из закона Пуазейля, согласно которому [105]:


4 1
2 объем dt
R t
l





 


 

 объем где [η] – вязкость суспензии P
1
, P
2
– внешние давления на вращающийся цилиндр R радиус цилиндра L – длина капиллярной трубки объем объем пыли в единице объема суспензии t – время протекания через капиллярную трубку эталонной жидкости k – константа, зависящая от свойств орошающей жидкости Обсуждение результатов исследований
Для каждой пыли, используемой в исследованиях, была определена зависимость общей эффективности пылеулавливания от концентрации
164
Рисунок Измерение вязкости суспензии
Для определения структурно-механических свойств суспензии был использован вискозиметр
РВ–8
(рисунок
4.20).
Вискозиметр снабжен вращающимся цилиндром с делениями для контроля глубины его погружения в суспензию.
Цилиндр приводится во вращение,
посредством системы, состоящей из ротора,
нити, блоков и груза.
Для прекращения вращения применяется тормоз. Измерения при каждой нагрузке проводились не менее трех раз при постепенном повышении веса груза наг до точной фиксации времени целого числа оборотов. После осреднения полученных результатов и
определения угловой скорости,
строилась зависимость скорости вращения от примененной нагрузки.
Вязкость определяется из закона Пуазейля, согласно которому [105]:


4 1
2 объем dt
R t
l





 


 

 объем где [η] – вязкость суспензии P
1
, P
2
– внешние давления на вращающийся цилиндр R радиус цилиндра L – длина капиллярной трубки объем объем пыли в единице объема суспензии t – время протекания через капиллярную трубку эталонной жидкости k – константа, зависящая от свойств орошающей жидкости Обсуждение результатов исследований
Для каждой пыли, используемой в исследованиях, была определена зависимость общей эффективности пылеулавливания от концентрации

орошающей суспензии и размера частиц. В каждом опыте первое измерение фракционной эффективности выполнено в начальной фазе работы ротоклона,
при практически чистой воде.
В
результате исследований получены высокие значения общей эффективности пылеулавливания (93,2% для сажи до 99,8% для порошка талька)
в начальной фазе работы ротоклона при незначительной концентрации суспензии, что свидетельствует о точном подборе конструкционных и эксплуатационных параметров исследуемого аппарата.
Эффективность улавливания различных видов пыли отличается вследствии различной формы ее частиц, их динамической смачиваемости и плотности.
Важным этапом проведенных исследований было определение граничных концентраций суспензии различных пылей, после превышения которых, общая эффективность пылеулавливания снижается. Определение величины граничной концентрации необходимо для расчета максимальной степени рециркуляции орошающей жидкости. Проведенные исследования дают основания сделать выводы о том,
что в установках ударно-инерционного типа, где инерционный механизм является основным при выделении частиц пыли из газа, общая эффективность пылеулавливания существенно падает, когда концентрация суспензии отвечает такой концентрации, при которой она теряет свойства ньютоновской жидкости.
Как следует из графиков (рисунок 4.21), вместе с ростом концентрации суспензии выше граничного значения, общая эффективность пылеулавливания снижается, а основной вклад в это явление вносят мелкие частицы с размером менее 5 мкм. Можно заметить, что в случае выделения пыли талька рост концентрации суспензии от 36% до 45% вызывает понижение общей эффективности пылеулавливания от 98% допри одновременном снижении фракционной эффективности выделения частиц, меньших 5 мкм от η = 93% до = 52%.

Рисунок 4.21 – Зависимость фракционной эффективности от диаметра частиц ТМП
и их концентрации в жидкости
Рисунок 4.22 – Зависимость фракционной эффективности от диаметра частиц белой сажи и их концентрации в жидкости
Аналогично для белой сажи рост концентрации от 7% до 20% вызывает падение фракционной эффективности от η = 65% до η = 20%, (рисунок для мела рост концентрации от 18% до 30% вызывает ее снижение от η= до = 50%. Наиболее заметно снижение фракционной эффективности пылеулавливания можно отметить для трудно смачиваемой пыли – белой сажи
(около 50%). Основной характерной особенностью рассматриваемой системы является более высокое значение абсолютной величины вязкости дисперсной среды. При этом происходит увеличение сил сопротивления радиальному перемещению дисперсной фазы к стенкам ротоклона, что приводит к повышению величины граничного диаметра частиц и оказывает влияние на эффективность процесса пылеулавливания. На рисунках 4.21-4.22 представлены результаты измерения концентрации частиц в суспензии при переменных значениях их размера и свойств. Анализ этих зависимостей показывает, что имеются две характерные зоны, наличие которых определяется кинетикой процесса сепарации. Для первой зоны характерно постепенное превышение центробежных сил инерции над силой вязкости, при этом стенок аппарата достигают, в первую очередь, наиболее крупные частицы, которые удаляются в дальнейшем через нижний слив. С ростом скорости на входе в аппарат из суспензии сепарируются частицы все более мелких размеров и их концентрация
166
Рисунок 4.21 – Зависимость фракционной эффективности от диаметра частиц ТМП
и их концентрации в жидкости
Рисунок 4.22 – Зависимость фракционной эффективности от диаметра частиц белой сажи и их концентрации в жидкости
Аналогично для белой сажи рост концентрации от 7% до 20% вызывает падение фракционной эффективности от η = 65% до η = 20%, (рисунок для мела рост концентрации от 18% до 30% вызывает ее снижение от η= до = 50%. Наиболее заметно снижение фракционной эффективности пылеулавливания можно отметить для трудно смачиваемой пыли – белой сажи
(около 50%). Основной характерной особенностью рассматриваемой системы является более высокое значение абсолютной величины вязкости дисперсной среды. При этом происходит увеличение сил сопротивления радиальному перемещению дисперсной фазы к стенкам ротоклона, что приводит к повышению величины граничного диаметра частиц и оказывает влияние на эффективность процесса пылеулавливания. На рисунках 4.21-4.22 представлены результаты измерения концентрации частиц в суспензии при переменных значениях их размера и свойств. Анализ этих зависимостей показывает, что имеются две характерные зоны, наличие которых определяется кинетикой процесса сепарации. Для первой зоны характерно постепенное превышение центробежных сил инерции над силой вязкости, при этом стенок аппарата достигают, в первую очередь, наиболее крупные частицы, которые удаляются в дальнейшем через нижний слив. С ростом скорости на входе в аппарат из суспензии сепарируются частицы все более мелких размеров и их концентрация
166
Рисунок 4.21 – Зависимость фракционной эффективности от диаметра частиц ТМП
и их концентрации в жидкости
Рисунок 4.22 – Зависимость фракционной эффективности от диаметра частиц белой сажи и их концентрации в жидкости
Аналогично для белой сажи рост концентрации от 7% до 20% вызывает падение фракционной эффективности от η = 65% до η = 20%, (рисунок для мела рост концентрации от 18% до 30% вызывает ее снижение от η= до = 50%. Наиболее заметно снижение фракционной эффективности пылеулавливания можно отметить для трудно смачиваемой пыли – белой сажи
(около 50%). Основной характерной особенностью рассматриваемой системы является более высокое значение абсолютной величины вязкости дисперсной среды. При этом происходит увеличение сил сопротивления радиальному перемещению дисперсной фазы к стенкам ротоклона, что приводит к повышению величины граничного диаметра частиц и оказывает влияние на эффективность процесса пылеулавливания. На рисунках 4.21-4.22 представлены результаты измерения концентрации частиц в суспензии при переменных значениях их размера и свойств. Анализ этих зависимостей показывает, что имеются две характерные зоны, наличие которых определяется кинетикой процесса сепарации. Для первой зоны характерно постепенное превышение центробежных сил инерции над силой вязкости, при этом стенок аппарата достигают, в первую очередь, наиболее крупные частицы, которые удаляются в дальнейшем через нижний слив. С ростом скорости на входе в аппарат из суспензии сепарируются частицы все более мелких размеров и их концентрация

постепенно снижается. Вторая зона характеризуется постепенным возрастанием турбулизации потока, происходит интенсивная сепарация основной массы частиц из внутренней фазы суспензии. Образуются циркуляционные вихри, которые способствуют переносу к стенкам ротоклона даже наиболее мелких частиц, которые при обычных условиях сепарируются незначительно. При этом отмечено, что при повышении тангенциальной скорости практически не происходит вторичного уноса жидкости с восходящим потоком со стенок ротоклона.
Таким образом, на основании вышеизложенного анализа можно утверждать,
что снижение общей эффективности пылеулавливания при превышении граничной концентрации суспензии связано с все уменьшающейся способностью системы задерживать мелкие частицы. Особенно это касается плохо смачиваемых частиц. Это совпадает с гипотезой об обновлении межфазной поверхности.
Обновление межфазной поверхности может быть связано также с трудностями движения осевших частиц пыли вглубь жидкости, тес вязкостью среды. Анализ общей эффективности пылеулавливания показывает, что до момента достижения граничной концентрации жидкости, эффективность удерживается на постоянном уровне (80-88% для талька и 50-65 % для белой сажи).
В условиях проводимых исследований, те. постоянной концентрации аэрозоля на входе в аппарат, и при предположении, что потери воды в аппарате из-за увлажнения проходящего воздуха и, соответственно, уноса в виде капель,
компенсируется объемом уловленной пыли, показатель расхода воды определяется непосредственно из рекомендованного времени длительности цикла и отличается для различных типов пыли. Рассчитанная максимальная его величина находится в интервале от 0,02 до 0,05 л/м
3
, те. близка к величинам,
цитируемым в литературе Для пылеуловителей периодического действия эта концентрация определяет напрямую цикл их работы. В случае пылеуловителей непрерывного действия с циркуляцией жидкости, максимальную степень рециркуляции,
обеспечивающую поддержание постоянного уровня эффективности пылеулавливания, можно рассчитать, как отношение

где Q
cir
– расход рециркулирующей жидкости расход вводимой жидкости на орошение.