Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде

Исследовано распределение мелкой пылевой угольной фракции, накопленной в процессе продувания воздушно-пылевой смеси через горизонтально расположенный воздушный фильтр, состоящий из крупных гранул сорбента. В отличие от вертикальных воздушных фильтров, используемых на АЭС, аэродинамическое сопротивле...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Неклюдов, И.М., Леденёв, О.П., Федорова, Л.И., Полтинин, П.Я.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2010
Теми:	Материалы реакторов на тепловых нейтронах
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/17382
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде / И.М. Неклюдов, О.П. Леденёв, Л.И. Федорова, П.Я. Полтинин // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 5. — С. 67-72. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-17382
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-173822011-02-27T12:03:41Z Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде Неклюдов, И.М. Леденёв, О.П. Федорова, Л.И. Полтинин, П.Я. Материалы реакторов на тепловых нейтронах Исследовано распределение мелкой пылевой угольной фракции, накопленной в процессе продувания воздушно-пылевой смеси через горизонтально расположенный воздушный фильтр, состоящий из крупных гранул сорбента. В отличие от вертикальных воздушных фильтров, используемых на АЭС, аэродинамическое сопротивление в данном случае оказывается существенно меньшим при длительных пылевых нагрузках, соответствующих многолетней эксплуатации фильтров. Показано, что этот эффект вызван тем, что сила увлечения пылевых масс воздушным потоком и сила гравитации оказываются направленными ортогонально друг к другу, и сила гравитации, эффективно смещая пылевые частицы к низу фильтра, выводит их из области прохождения основного воздушного потока. Досліджено розподіл дрібної пилової вугільної фракції, накопиченої в процесі продування повітряно-пилової суміші через горизонтально розташований повітряний фільтр, що складається з великих гранул сорбенту. На відміну від вертикальних повітряних фільтрів, використовуваних на АЕС, аеродинамічний опір у цьому випадку виявляється істотно меншим при тривалих пилових навантаженнях, що відповідають багаторічної експлуатації фільтрів. Показано, що цей ефект викликаний тим, що сила захоплення пилових мас повітряним потоком і сила гравітації виявляються спрямованими ортогонально друг до друга, й сила гравітації, ефективно зміщаючи пилові частки до низу фільтра, виводить їх з області проходження основного повітряного потоку. Spatial-temporal distribution of the fine dust coal fraction accumulated in the process of air-dust intermixture aerosol flow through the horizontally positioned air filter consisting of the big granules of absorber is researched. Aerodynamic resistance of the horizontally positioned air filters at long term dust trust happens to be significantly lower in comparison with the vertically positioned air filters in industrial applications at NPP’s over the years. It is assumed that this phenomena appears, because the directions of the dust masses capture force in airflow and the gravitation force are orthogonal, hence the fine dust coal particles are dislocated by the gravitation force from the volume of main air stream localization within the filter. 2010 Article Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде / И.М. Неклюдов, О.П. Леденёв, Л.И. Федорова, П.Я. Полтинин // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 5. — С. 67-72. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/17382 519.711 ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Материалы реакторов на тепловых нейтронах Материалы реакторов на тепловых нейтронах
spellingShingle	Материалы реакторов на тепловых нейтронах Материалы реакторов на тепловых нейтронах Неклюдов, И.М. Леденёв, О.П. Федорова, Л.И. Полтинин, П.Я. Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде
description	Исследовано распределение мелкой пылевой угольной фракции, накопленной в процессе продувания воздушно-пылевой смеси через горизонтально расположенный воздушный фильтр, состоящий из крупных гранул сорбента. В отличие от вертикальных воздушных фильтров, используемых на АЭС, аэродинамическое сопротивление в данном случае оказывается существенно меньшим при длительных пылевых нагрузках, соответствующих многолетней эксплуатации фильтров. Показано, что этот эффект вызван тем, что сила увлечения пылевых масс воздушным потоком и сила гравитации оказываются направленными ортогонально друг к другу, и сила гравитации, эффективно смещая пылевые частицы к низу фильтра, выводит их из области прохождения основного воздушного потока.
format	Article
author	Неклюдов, И.М. Леденёв, О.П. Федорова, Л.И. Полтинин, П.Я.
author_facet	Неклюдов, И.М. Леденёв, О.П. Федорова, Л.И. Полтинин, П.Я.
author_sort	Неклюдов, И.М.
title	Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде
title_short	Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде
title_full	Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде
title_fullStr	Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде
title_full_unstemmed	Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде
title_sort	формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Материалы реакторов на тепловых нейтронах
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/17382
citation_txt	Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде / И.М. Неклюдов, О.П. Леденёв, Л.И. Федорова, П.Я. Полтинин // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 5. — С. 67-72. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT neklûdovim formirovaniepylevyhmaksimumovvaérozolʹnompotokevdispersnojsrede AT ledenëvop formirovaniepylevyhmaksimumovvaérozolʹnompotokevdispersnojsrede AT fedorovali formirovaniepylevyhmaksimumovvaérozolʹnompotokevdispersnojsrede AT poltininpâ formirovaniepylevyhmaksimumovvaérozolʹnompotokevdispersnojsrede
first_indexed	2025-07-02T18:37:20Z
last_indexed	2025-07-02T18:37:20Z
_version_	1836561403154006016
fulltext	УДК 519.711 ФОРМИРОВАНИЕ ПЫЛЕВЫХ МАКСИМУМОВ В АЭРОЗОЛЬНОМ ПОТОКЕ В ДИСПЕРСНОЙ СРЕДЕ И.М. Неклюдов, О.П. Леденёв, Л.И. Федорова, П.Я. Полтинин Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, Украина Исследовано распределение мелкой пылевой угольной фракции, накопленной в процессе продувания воздушно-пылевой смеси через горизонтально расположенный воздушный фильтр, состоящий из крупных гранул сорбента. В отличие от вертикальных воздушных фильтров, используемых на АЭС, аэродинамиче- ское сопротивление в данном случае оказывается существенно меньшим при длительных пылевых нагруз- ках, соответствующих многолетней эксплуатации фильтров. Показано, что этот эффект вызван тем, что сила увлечения пылевых масс воздушным потоком и сила гравитации оказываются направленными ортогонально друг к другу, и сила гравитации, эффективно смещая пылевые частицы к низу фильтра, выводит их из об- ласти прохождения основного воздушного потока. 1. ВВЕДЕНИЕ Исследование переноса аэрозолей через дис- персную фильтрующую среду представляет акту- альную задачу для атомной промышленности, в ко- торой на АЭС в большом количестве используются угольные адсорбционные фильтры для очистки воз- душных потоков. Во время эксплуатации их сопро- тивление прохождению воздуха имеет тенденцию к нелинейному росту при достижении критического значения концентрации угольной пыли в узком при- поверхностном слое [1]. В работе методами модели- рования исследованы в зависимости от пылевой на- грузки особенности изменения сопротивления гори- зонтально расположенного адсорбера и распределе- ние как по длине, так и по поперечному сечению фильтра мелко дисперсной угольной пыли, осаж- дающейся в нём. 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Макет горизонтального адсорбера, на котором проводились исследования, имел форму цилиндра диаметром 10 см с длиной насыпного слоя адсор- бента в 30 см, что соответствовало толщине уголь- ного гранулированного слоя фильтра АЭС (рис.1,а). Параметры макета рассчитывались таким образом, чтобы средняя скорость воздушного потока была аналогична скорости его в реальных фильтрах. При этих условиях аэродинамическое сопротивление ма- кета и фильтра совпадало. Макет собран из десяти съёмных металлических контейнеров, слой угля в них зажат с двух сторон крупно ячеистыми сетками. Каждый контейнер параллельно длине фильтра раз- делен сетками на четыре разъёмных сегмента (см. рис.1,б). Сегменты с одинаковыми номерами по длине макета образуют четыре слоя адсорбента. Сегменты контейнеров заполнялись специально отобранными крупными гранулами адсорбента СКТ-3 (диаметр – 1,8 мм, длина – 3,2 мм). Непо- средственно перед макетом располагался контейнер – источник угольной пыли, в который помещалась тщательно перемешанная смесь гранул с угольной пылью (не более 1,5 % пыли от массы адсорбента). Размер частиц угольной пыли, полученной измель- чением гранул в высокооборотной центробежной мельнице, не превышал 1 мкм. С целью соблюдения одинаковых стартовых условий смесь в контейнере- источнике возобновлялась перед каждым экспери- ментом. а б Рис. 1. Схематическое изображение макета адсорбера (а) и поперечное сечение контейнера: 1-4 - сегменты сверху вниз (б) По разности масс контейнера-источника до и по- сле каждого опыта определялась масса угольной пыли, поступившей в фильтр. По окончании всего цикла исследований были получены значения мас- совой доли пыли, осевшей в каждом из сегментов всех контейнеров. Использованы следующие обозначения: h – дли- на гранулированного насыпного слоя; М0 - масса гранул во всем фильтре; m0 – общая масса пыли, введенной в фильтр из контейнера-источника после очередного эксперимента; Mj i – масса адсорбента в j-м сегменте (j - от 1 до 4) контейнера № i; mj i - мас- са пыли, накопившейся к концу эксперимента в j-м сегменте контейнера № i (i – от 1 до 10). ∆ Р - разность давлений на входе и выходе фильтра изме- рялась водяным манометром. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2010. №5. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (96), с. 67-72. 67 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОЙ ДОЛИ УГОЛЬНОЙ ПЫЛЕВОЙ ФРАКЦИИ ПО ДЛИНЕ СЛОЁВ ГРАНУЛИРОВАННОГО АДСОРБЕНТА Для всех десяти контейнеров были получены ус- реднённые значения ( )i j i j i j mMm + - массовой доли пыли, осевшей к концу исследований в каждом из четырёх сегментов. Графическое изображение распределения угольной пыли по поперечному се- чению контейнеров показано на рис. 2. Полученные результаты свидетельствуют о том, что уже в узком слое вблизи поверхности наблюдается смещение угольной пыли из первого (верхнего) слоя в нижние слои адсорбента. Массовая доля пыли в первом (верхнем) сегменте первого, ближайшего к источни- ку пыли, контейнера в два раза меньше, чем во вто- ром его сегменте (см. крив. 1 на рис. 2). Рис. 2. Распределение массовой доли пылевой фракции по поперечным сечениям контейнеров: i - от 1 до 10; j - от 1 до 4 С использованием приведенных на рис. 2 данных построены графики распределения массовой доли угольной пыли по длине h четырёх слоёв адсорбента (рис. 3,а). Как видно, вблизи поверхности гранулированно- го адсорбента во всех четырёх слоях имеются уп- лотнения угольной пылевой фракции с массовой до- лей, равной: 8,8; 16,6; 11,9, и 9,1 % для 1-4 слоёв со- ответственно. Затем наблюдается резкий спад: на длине около 6 см количество пыли в 1-4 слоях со- кращается в 7,0; 4,0; 3,7 и 2 раза. Далее происходит плавное уменьшение массовой доли пыли во всех четырёх слоях вплоть до 0,7 % для 1-2 и 1,2 % для 3- 4 слоёв на выходе из фильтра. По всей длине фильтра значения массовой доли пыли в сегментах первого, верхнего, слоя (см. крив. 1 на рис. 3,а) меньше, чем в сегментах ниже лежащих слоёв. Начиная со второго контейнера ко- личество пыли в сегментах самого нижнего, четвёр- того, слоя (см. крив. 4 на рис. 3,а) превышает её зна- чения в сегментах вышележащих слоёв. Анализ по- лученных данных свидетельствует о том, что под действием силы гравитации происходит преимуще- ственное перемещение пыли, поступающей в фильтр, в нижний слой адсорбента. а б Рис. 3. Распределение массовой доли пылевой фракции по длине 1-4 слоёв адсорбента (j - от 1 до 4) горизонтального фильтра в кон- це всей серии исследований; размер частиц угольной пыли менее 1 мкм; i - от 1 до 10 (а). Распределение массовой доли пылевой фракции по длине слоя ад- сорбента вертикального фильтра в конце всей се- рии исследований; размер частиц угольной пыли: 1 - менее 1 мкм, 2 - менее 10 мкм; i - от 1 до 10 (б) На рис. 3,б приведены полученные ранее зави- симости распределения массовой доли угольной пыли по длине адсорбционного слоя вертикального фильтра для: 1 – мелкопылевой и 2 – крупнопыле- вой фракций [1-2]. Как следует из сравнительного анализа данных, представленных на рис. 3,а и 3,б, для случая мелкопылевой фракции в горизонталь- ном фильтре в отличие от вертикального присутст- вуют вдоль длины слоёв гранулированного угля яв- но выраженные максимумы на длине: 3 см - для 4-го слоя, 8 см – для 1-, 3- и 4-го слоёв; 16 см - для 2 и 4-го слоёв. Уплотнения подобного рода наблюда- лись ранее в вертикальном фильтре, через который 68 продувалась крупнопылевая угольная фракция (см. крив. 2 на рис. 3,б). Согласно диффузионной моде- ли, развитой в [3], для указанных зависимостей от- носительной концентрации пылевой массы от рас- стояния x от поверхности фильтра можно ввести общее описание, в котором основной пик вблизи поверхности, возникающий из-за процессов струк- турообразования из пылевых частиц различных раз- меров, представляется в виде выражения: C(z) = CZ=0 [1 – erfz] = CZ=0 erfcz, (1) где erfz – "интеграл ошибок" Гаусса, и для рассмат- риваемого случая z = (3)1/2(x–1)/2(Dt)1/2, D – общий коэффициент диффузии пыли; t – время продувания воздушно-пылевого потока (t = 7,02⋅104 c). Для кри- вых 1 и 2 на рис. 3,а на начальном участке величина коэффициента диффузии оказалась равной 8⋅10-8 см2/с. Решение для пиков концентрации пыли, распо- ложенных в глубине фильтра и связанных с образо- ванием пылевых сгустков из частиц одного размера, характерного для каждого сгустка, может быть вы- писано в виде распределения Гаусса, которое сме- щается со временем в глубину фильтра [3]: C(x) ∝ {Q0 / (π Di t)1/2} exp((x–x0)2/4Dit), (2) где Q0 = ∫ C(x,t)dx и x0 - позиция центра пика, x0 ∼ Vi t, Vi – средняя скорость переноса пика; вели- чины с индексом i относятся к пыли определенного выделенного размера, характеризуемого этим ин- дексом. Появление пылевых уплотнений обусловлено за- висимостью скорости их перемещения от размера пылевых частиц, из которых они состоят, и тем об- стоятельством, что обмен импульсами при столкно- вениях пылевых частиц происходит наиболее ин- тенсивно в том случае, когда они близки между со- бой по массе и соответственно по размеру. 0 5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 12 m i / (M i+m i) , % h, cm 1 2 3 Рис. 4. Распределение массовой доли пылевой фракции по длине нижнего, 4-го, слоя адсорбера: 1 – сглаженная экспериментальная кривая; 2 - расчетная кривая для монотонной части распределения; 3 – расчетная кривая для среднего пылевого пика В адсорбере наибольшие скорости переноса имеют самые малые частицы, и именно они образу- ют самые удалённые от поверхности уплотнения. Наиболее ярко все эти пики плотности пыли видны на кривой 1 (см. рис. 4), относящейся к нижнему, четвертому, слою адсорбента (см. рис. 3, а). Кривая 2 на рис. 4 соответствует расчёту по уравнению (1) с коэффициентом диффузии D=2,65⋅10-8 см2/с. Кривая 3 получена в результате расчёта по формуле (2) с коэффициентом диффузии пыли в данном пике D=9,72⋅10-6 см2/с. Средняя скорость переноса этого пика массы равна v = 1,17⋅10-4 см/с. В нижнем сег- менте сосредоточена наибольшая доза пылевых масс, осевших внизу в процессе эксперимента под действием гравитационной силы. Характерно, что в нём же сосредоточено наибольшее число пылевых максимумов (см. крив. 1, рис. 4), что может быть объяснено лишь интегральным действием гравита- ционной силы на пылевые частицы и результирую- щим смещением их в ходе эксперимента в нижний слой адсорбента в макете фильтра. По разности суммарных масс угольной пыли, введенной в адсорбер и осевшей в сегментах, была рассчитана массовая доля угольной пыли Δm, вы- шедшая из фильтра с потоком воздуха. В исследуе- мом случае Δm = 49,3 %. 3.2. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЛКОПЫЛЕВОЙ УГОЛЬНОЙ ФРАКЦИИ ПО ДЛИНЕ СЛОЁВ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ФИЛЬТРА НА ЕГО АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ Зависимость аэродинамического сопротивления фильтра от объёмного потока воздуха для различ- ных значений массовой доли введенной в него угольной пыли регистрировалась на всём протяже- нии эксперимента (выборочные результаты приве- дены на кривых 1-9 рис. 5). Выборочные данные для вертикального фильтра с мелкопылевой угольной фракцией показаны на кривых 1– 6 (см. рис. 5). Совместный анализ результатов, полученных для вертикального и горизонтального фильтров, через которые продувалась угольная пыль с размером час- тиц менее 1 мкм, свидетельствует, что сопротивле- ние обоих фильтров вначале, приблизительно до 2 % по величине mo /(Мо+mo), растёт синхронно, за- тем сопротивление горизонтального фильтра при равных значениях введенной в фильтр массовой до- ли пыли начинает расти быстрее и превосходит со- противление вертикального фидьтра на 10…8 % (см. рис. 5, крив. 4 и 2, 5 и 3, 6 и 4, 7 и 5, 9 и 6). На кривой 3 рис. 6 для горизонтального фильтра с мелкопылевой фракцией представлено аэродина- мическое сопротивление ∆Р, приведенное к посто- янному потоку J=15 м3/ч при ∆Р = 6000 Па, как функция массовой доли пылевой фракции, введен- ной в фильтр. При расчётах ∆Р* с применением эм- пирической степенной зависимости ΔР=k·J1,5 [1] бы- ли использованы данные зависимости ∆Р от J, полу- ченные в ходе настоящего эксперимента (выборочно они изображенные на кривых 1-9 рис. 5). На рис. 6 приведены также полученные ранее зависимости ∆Р* от mo /(Мо+mo) для вертикального фильтра с мелкопылевой (кривая 2) и крупнопылевой (кри- вая 4) фракциями и для горизонтального фильтра с крупнопылевой фракцией, продуваемой через фильтр (кривая 1) [1, 2, 4]. 69 Рис. 5. Зависимость аэродинамического сопротивления адсорбера от объемного потока воздуха для массовой доли пылевой фракции, поступившей в фильтр, %; размер частиц угольной пыли: 1-9 и 1-6 - менее 1 мкм, ○ - фильтр расположен горизонтально: 1 (0), 2 (0,6), 3 (1,4), 4 (2,7), 5 (3,2), 6 (5,9), 7 (7,3), 8 (8,2), 9 (9,2); ● - фильтр расположен вертикально: 1 (0), 2 (4,3), 3 (5,6), 4 (6,4), 5 (7,9), 6 (9,3) Данные на рис. 6 позволяют сопоставить резуль- таты исследования, проведенного на фильтрах с различным фракционным составом продуваемой че- рез гранулированный слой угольной пыли, и раз- личным взаимным расположением сил, способст- вующих передвижению пылевых частиц вдоль фильтра: силы вязкого увлечения, осуществляющей перенос пыли вдоль адсорбера, и силы тяжести, пе- ремещающей пылевые массы в его нижнюю часть. В вертикальном фильтре эти силы направлены в одну сторону – вдоль потока, в горизонтальном – под прямым углом друг к другу. Ход 1-3 кривых на рис. 6 не отличается сущест- венно друг от друга. Для них зависимость ∆Р* от mo /(Мо+mo) близка к линейной с несколько разли- чающимся углом наклона. Ход 4-й кривой (верти- кальный фильтр с крупнопылевой фракцией) при- близительно до 7 % по mo /(Мо+mo) близок к линей- ному, но далее происходит экспоненциальный рост сопротивления. Особенности поведения аэродинамического со- противления во всех четырёх случаях (см. рис. 6) находят объяснение при совместном анализе их с изученным нами характером распределения уголь- ной пыли вдоль фильтра (см. рис. 3). В горизонтальном фильтре с крупнопылевой фракцией [4] под действием силы тяжести частицы пыли, прежде всего - крупные, смещаются к низу фильтра, исключая, таким образом, возможность возникновения вблизи поверхности запирающих пылевых структур [3]. Более мелкие частицы пыли, поступающие в фильтр на всём протяжении экспе- римента, составляют часть от общей массовой доли пыли. Таким образом, они имеют возможность доста- точно свободно передвигаться вдоль фильтра и по- кидать его. Задерживается в нём к концу экспери- мента всего 34,6 % введённой пыли (Δm = 65,4 %). Сопротивление горизонтального фильтра с крупно- пылевой фракцией возрастает всего в 1,6 раза и дос- тигает 3270 Па при массовой доле пыли в 9,2 % (см. крив. 1, рис. 6). а б Рис. 6. Зависимость аэродинамического сопротив- ления (∆Рф =6000 Пa), приведенного к потоку J*=15 м3/ч, от массовой доли пылевой фракции, поступившей в фильтр: 1, 3 - фильтр расположен горизонтально; 2, 4 - фильтр расположен вертикально. Размер частиц угольной пыли: 1, 4 – менее 10 мкм; 2, 3 - менее 1 мкм В вертикальном фильтре с мелкопылевой фрак- цией по его длине отсутствуют накопления пыли (см. крив. 1, рис. 3,б) [2]. Приповерхностный уплот- нённый пылевой слой на протяжении всего экспе- римента остаётся прозрачным для перемещения пы- левых масс. Сопротивление вертикального фильтра с мелкопылевой фракцией растет немного быстрее, увеличивается в 1,9 раза к концу эксперимента и равняется 4380 Па (см. крив. 2, рис. 6), Δm = 61 %. На основании изучения вертикальных фильтров с мелко- и крупнопылевой фракцией можно сделать вывод, что использование в качестве адсорбента прочных гранул, при истирании которых образуется мелкая пылевая фракция, может служить залогом более длительного срока эксплуатации фильтров. Как и в случае вертикального фильтра с крупно- пылевой угольной фракцией, продуваемой через не- го [1], в исследованном случае (горизонтальный фильтр с мелкопылевой фракцией) по длине слоёв 70 образуются уплотнённые области угольной пыли, в которых накапливается часть поступающей пыли общей массой Δm = 49,3 %. К концу эксперимента сопротивление увеличивается в 2,1 раза и составля- ет 4680 Па (см. крив. 3, рис.6). В случае продувания через слой адсорбента мелкопылевой фракции в го- ризонтальном адсорбере осаждается, накапливаясь в уплотнениях, в 1,3 раза больше пыли, чем в верти- кальном, где пылевые максимумы отсутствуют [2]. После проведения всей серии исследований сопро- тивление горизонтального фильтра в 1,1 раза пре- вышает сопротивление вертикального фильтра. В горизонтальном фильтре с продуваемой через него мелкопылевой угольной фракцией к концу экс- перимента сопротивление, согласно полученным данным, в 1,4 раза превышает сопротивление адсор- бера с крупнопылевой фракцией. Перемещающаяся по горизонтальному фильтру часть пыли в виде мелкой фракции, оставшейся после выпадения кни- зу фильтра крупной пыли, количественно сущест- венно меньше массовой доли мелкой пылевой фрак- ции, введенной в горизонтальный фильтр. Поэтому в горизонтальном фильтре с мелкопылевой фракци- ей задерживается к концу эксперимента в 1,5 раза больше пыли, чем в адсорбере с крупнопылевой фракцией, и задерживается, как показал экспери- мент, в виде пылевых уплотнений, оказывающих, как было доказано в [1], большее сопротивление пе- ремещению аэрозольно-пылевой смеси, чем эта же пыль, но рассредоточенная по всему объему адсор- бента. В вертикальном фильтре крупнопылевая фракция [1] осаждалась преимущественно между гранулами адсорбента в узком двухсантиметровом слое вблизи поверхности, задерживая затем в этом слое частицы пыли меньших размеров, и создавая по достижении критической массовой доли (18 %) практически мо- нолитный слой, непроницаемый для воздушно- пылевой смеси. Часть пыли, особенно в начале экс- перимента, накапливалась внутри фильтра в виде пылевых уплотнений, Δm = 44,2 %. В результате со- противление резко (в 23 раза) увеличивалось до зна- чения 47060 Па (см. крив. 4, рис. 3). 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ Проведенный системный анализ параметров го- ризонтальных и вертикальных фильтров, через ко- торые продувались мелко- и крупнопылевая уголь- ные фракции, позволяет сделать вывод, что в на- стоящем эксперименте, как и в трёх предыдущих исследованиях, возрастание аэродинамического со- противления определяется особенностями распреде- ления по длине слоя адсорбента угольной пыли, за- державшейся в фильтре. В изучаемом случае (гори- зонтальный фильтр) мелкопылевая фракция, хотя и накапливается вблизи поверхности адсорбента и об- разует уплотнения в слоях по длине фильтра, обу- словленные процессами структурообразования в пылевой фракции [5], но, как показывают исследо- вания, не оказывает значительного влияния на рост аэродинамического сопротивления. Это свидетель- ствует о том, что во всех этих максимумах, в том числе и в самом большом – приповерхностном, мел- кая угольная пыль не уплотняется до монолитной запирающей структуры, препятствующей свобод- ному прохождению воздуха, как это характерно для вертикального фильтра с крупнопылевой фракцией. Конечное значение сопротивления в настоящем ис- следовании в 10 раз меньше сопротивления верти- кального фильтра с крупнопылевой фракцией. Результаты проведенных исследований, изло- женные в данной работе, позволяют утверждать, что адсорбционные фильтры, в которых направлению действия силы тяжести ортогонально направление сил увлечения пылевых масс воздушным потоком, как в случае крупнопылевой, так и в случае мелко- пылевой угольной фракции, продуваемой через ад- сорбер, имеют малый рост воздушного сопротивле- ния даже при пылевых нагрузках, соответствующих их многолетней эксплуатации на АЭС. ЛИТЕРАТУРА 1. И.М. Неклюдов, Л.И. Федорова, П.Я. Полтинин, Л.В. Карнацевич. Влияние особенностей накоп- ления пылевой угольной фракции в слое адсор- бента на рост аэродинамического сопротивления угольных йодных фильтров систем вентиляции АЭС // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиаци- онное материаловедение». 2003, №6, с. 65-70. 2. И.М. Неклюдов, О.П. Леденёв, Л.И. Фёдорова, П.Я. Полтинин. Влияние фракционного состава на перенос пылевых масс в воздушных фильтрах АЭС и их характеристики // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловеде- ние». 2009, № 2, с. 104-107. 3. О.П. Леденёв, И.М. Неклюдов, П.Я. Полтинин, Л.И. Фёдорова. Особенности процессов переноса и структурообразования с участием дисперсной угольной фракции в адсорбционных фильтрах систем вентиляции АЭС // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика радиационных повреждений и радиационное материаловеде- ние». 2005, №3, с. 115-121. 4. И.М. Неклюдов, Л.И. Фёдорова, П.Я. Полтинин, О.П. Леденёв. Исследование особенностей дина- мики пылевых масс под действием разнонаправ- ленных сил в фильтрующей среде // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика ра- диационных повреждений и радиационное мате- риаловедение». 2007, № 6, с. 82-88. 5. Н.Б. Урьев. Физико-химическая динамика дис- персных систем //Успехи химии. 2004, т. 79, №1, с.39-62. Статья поступила в редакцию 11.03.2010 г. 71 ФОРМУВАННЯ ПИЛОВИХ МАКСИМУМІВ В АЄРОЗОЛЬНОМУ ПОТОЦІ В ДИСПЕРСНОМУ СЕРЕДОВИЩІ І.М. Неклюдов, О.П. Леденьов, Л.І. Федорова, П.Я. Полтінін Досліджено розподіл дрібної пилової вугільної фракції, накопиченої в процесі продування повітряно- пилової суміші через горизонтально розташований повітряний фільтр, що складається з великих гранул сор- бенту. На відміну від вертикальних повітряних фільтрів, використовуваних на АЕС, аеродинамічний опір у цьому випадку виявляється істотно меншим при тривалих пилових навантаженнях, що відповідають багато- річної експлуатації фільтрів. Показано, що цей ефект викликаний тим, що сила захоплення пилових мас повітряним потоком і сила гравітації виявляються спрямованими ортогонально друг до друга, й сила гравітації, ефективно зміщаючи пилові частки до низу фільтра, виводить їх з області проходження основно- го повітряного потоку. FORMATION OF DUST MAXIMUMS IN AEROSOL STREAM IN A DISPERSION MEDIUM I.M. Neklyudov, O.P. Ledenyov, L.I. Fedorova, P.Ya. Poltinin Spatial-temporal distribution of the fine dust coal fraction accumulated in the process of air-dust intermixture aerosol flow through the horizontally positioned air filter consisting of the big granules of absorber is researched. Aerodynamic resistance of the horizontally positioned air filters at long term dust trust happens to be significantly lower in comparison with the vertically positioned air filters in industrial applications at NPP’s over the years. It is assumed that this phenomena appears, because the directions of the dust masses capture force in airflow and the gravitation force are orthogonal, hence the fine dust coal particles are dislocated by the gravitation force from the volume of main air stream localization within the filter. 72

Формирование пылевых максимумов в аэрозольном потоке в дисперсной среде

Репозитарії

Схожі ресурси