Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале

Исследовано влияние перепада температур на улавливание высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале. Установлена неаддитивность процессов осаждения частиц за счет эффектов инерции, турбофореза и термофореза. Увеличение улавливания микрочастиц за счет теплового эффекта составляет около 10 %....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2006
Автори:	Басок, Б.И., Авраменко, А.А., Рыжков, С.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2006
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Тепло- и массообменные процессы
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61406
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:	Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале / Б.И. Басок, А.А. Авраменко, С.С. Рыжков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 3. — С. 14-19. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-61406
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-614062014-05-06T03:01:15Z Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале Басок, Б.И. Авраменко, А.А. Рыжков, С.С. Тепло- и массообменные процессы Исследовано влияние перепада температур на улавливание высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале. Установлена неаддитивность процессов осаждения частиц за счет эффектов инерции, турбофореза и термофореза. Увеличение улавливания микрочастиц за счет теплового эффекта составляет около 10 %. Досліджено вплив перепаду температур на уловлювання високодисперсних часток аерозолю у гладкому каналі. Встановлено неаддитивність процесів осадження часток за рахунок ефектів інерції, турбофорезу і термофорезу. Збільшення уловлювання мікрочастинок за рахунок теплового ефекту становить близько 10 %. The temperature drops influence on superfine particles aerosol catching in the smooth channel is executed. It non-additivity sedimentation of particles due to effects of inertia, turbophoresis and thermophoresis is studed. The increase in catching of microparticles due to thermal effect makes up to 10 %. 2006 Article Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале / Б.И. Басок, А.А. Авраменко, С.С. Рыжков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 3. — С. 14-19. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61406 629.12.03 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы
spellingShingle	Тепло- и массообменные процессы Тепло- и массообменные процессы Басок, Б.И. Авраменко, А.А. Рыжков, С.С. Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале Промышленная теплотехника
description	Исследовано влияние перепада температур на улавливание высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале. Установлена неаддитивность процессов осаждения частиц за счет эффектов инерции, турбофореза и термофореза. Увеличение улавливания микрочастиц за счет теплового эффекта составляет около 10 %.
format	Article
author	Басок, Б.И. Авраменко, А.А. Рыжков, С.С.
author_facet	Басок, Б.И. Авраменко, А.А. Рыжков, С.С.
author_sort	Басок, Б.И.
title	Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале
title_short	Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале
title_full	Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале
title_fullStr	Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале
title_full_unstemmed	Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале
title_sort	исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Тепло- и массообменные процессы
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/61406
citation_txt	Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале / Б.И. Басок, А.А. Авраменко, С.С. Рыжков // Промышленная теплотехника. — 2006. — Т. 28, № 3. — С. 14-19. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT basokbi issledovanievliâniâperepadatemperaturnaprocessulavlivaniâvysokodispersnyhčasticaérozolâvgladkomkanale AT avramenkoaa issledovanievliâniâperepadatemperaturnaprocessulavlivaniâvysokodispersnyhčasticaérozolâvgladkomkanale AT ryžkovss issledovanievliâniâperepadatemperaturnaprocessulavlivaniâvysokodispersnyhčasticaérozolâvgladkomkanale
first_indexed	2025-07-05T12:26:33Z
last_indexed	2025-07-05T12:26:33Z
_version_	1836809866306387968
fulltext	Введение Аэрозольные выбросы технологических про; цессов отличаются многообразием происхожде; ния, различным составом и параметрами. Неко; торые выбросы содержат дефицитные материа; лы, обладают высоко; или низкопотенциальной энергией. Высокопотенциальную энергию по; 14 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Досліджено вплив перепаду темпе� ратур на уловлювання високодисперс� них часток аерозолю у гладкому каналі. Встановлено неаддитивність процесів осадження часток за рахунок ефектів інерції, турбофорезу і термофорезу. Збільшення уловлювання мікрочастинок за рахунок теплового ефекту становить близько 10 %. Експериментально визна� чено вплив температури на процес уловлювання дисперсних аерозолів, що дозволяє розраховувати та оптимізува� ти газоочисні пристрої. Исследовано влияние перепада тем� ператур на улавливание высокодис� персных частиц аэрозоля в гладком ка� нале. Установлена неаддитивность процессов осаждения частиц за счет эффектов инерции, турбофореза и тер� мофореза. Увеличение улавливания ми� крочастиц за счет теплового эффекта составляет около 10 %. Эксперимен� тально определено влияние температу� ры на процесс улавливания дисперсных аэрозолей, что позволяет рассчитывать и оптимизировать газовлагоочистные устройства. The temperature drops influence on superfine particles aerosol catching in the smooth channel is executed. It non�addi� tivity sedimentation of particles due to effects of inertia, turbophoresis and ther� mophoresis is studed. The increase in catching of microparticles due to thermal effect makes up to 10 %. Influence of tem� peratures on process catching of disperse aerosol that will allow to optimize gas mois� ture purifying devices is experimentally proved. УДК 629.12.03 БАСОК Б.И., АВРАМЕНКО А.А., РЫЖКОВ С.С. Институт технической теплофизики НАН Украины ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕПАДА ТЕМПЕРАТУР НА ПРОЦЕСС УЛАВЛИВАНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ АЭРОЗОЛЯ В ГЛАДКОМ КАНАЛЕ C – коэффициент, теплоемкость; d – диаметр; D – диффузия, термофоретический коэффициент; G – генерация напряжений, расход; H – высота канала; E – энергия; F – сила для единицы массы частицы; k – кинетическая энергия турбулентности, коэф; фициент молекулярной теплопроводности; m – масса P – давление; t – время; Т – температура; u′ – пульсационная составляющая скорости; u – осредненная скорость; x – координата; ε – диссипация энергии; ρ – плотность; μ – динамический коэффициент вязкости; – коэффициент улавливания частиц; τ – тензор напряжений; Re – число Рейнольдса; Pr – число Прандтля; Индексы: вх – входной; вых – выходной; D – обусловлено сопротивлением; L – молекулярный; к – коллектор; р – частица; Р – давление; Т – турбулентный; eff – эффективный; i, j, k – индексы координаты и векторных вели; чин, равные 1 и 2; μ – относится к вязкости; 0 – начальное состояние. Ση лезно используют, как правило, за счет примене; ния утилизаторов. Повышение качества очистки сбросных газожидкостных сред позволяет не только уменьшить загрязнение окружающей сре; ды, но и снизить потребление топлива за счет утилизации низкопотенциальной энергии газо; вых выбросов, а также сократить потери дорого; стоящих материалов. Представляется перспективным создание та; ких аэрозольных технологий, в которых энерго; потенциал газовых выбросов полезно использу; ется в процессах улавливания примесей. При этом ценные примеси возвращаются в техноло; гическую цепочку, а опасные примеси направля; ются в системы нейтрализации. Одним из факто; ров, определяющих процессы улавливания или сепарации, является температурный режим по; тока аэрозоля. Расчет влияния перепада темпера; тур на улавливание высокодисперсных частиц в гладком канале необходим для создания новых высокоэффективных аэрозольных технологий. В данной статье исследовано влияние перепада температур на процесс улавливания высокодис; персных частиц в цилиндрическом гладком кана; ле. С этой целью разработана теплофизическая модель и выполнен расчет переноса высокодис; персных частиц в неизотермических условиях в гладком канале; определено влияние перепада температур на процесс улавливания высокодис; персных аэрозолей, что в дальнейшем позволит использовать полученные результаты для создания высокоэффективных газоочистных устройств. Методы исследований Для расчета применяли транспортное уравне; ние напряжений Рейнольдса и выражения для конвективного теплопереноса на основании уравнения энергии. Расчетную сетку канала строили в соответствии с геометрией (длина 0,2 м, высота 0,01 м, рис.1) рабочего участка экс; периментального стенда с помощью треугольных сегментов. Для высокой точности расчетов треу; гольные сегменты имели площадь S = 25·10–8 м2. Пристенный слой сетки смоделирован с помо; щью прямоугольных сегментов так, что высота каждого прямоугольника пропорционально уменьшается с приближением к стенке (рис.2). ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 15 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Рис. 1. Геометрия осесимметричного канала: L = 12 мм; R = 200 мм; 1 – центр канала; 2, 3 – расстояние 1 мм от стенок канала. Рис. 2. Схема разностной расчетной сетки: а – участок входа в дисковый канал; б – пристенная область. а б 16 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Высота ближайшего к стенке слоя составляет h = 0,005 мм. Оценка эффективности сепарирующих эле; ментов сводится к расчету траектории транспор; тируемых потоком частиц и их взаимодействием с поверхностью осаждения. Частица считается уловленной, если траектория ее центра тяжести пересекается с обтекаемой поверхностью или ка; сается ее. Был исследован диапазон температур от 30 до 100 оС и диапазон скоростей от 3 до 24 м/с. В процессе расчета исследовали изотерми; ческие условия. Для улучшения условий сходимо; сти и точности расчетов использовали критерий сходимости 10–5 для переменных составляющих скорости, условия неразрывности, скорости дис; сипации и напряжений Рейнольдса, а для кине; тической энергии турбулентности –10–8. Также была исследована эффективность осаждения ча; стиц в каналах с высотой Н = 5, 10, 15, 25, 30 мм. Концентрация аэрозоля в потоке составляла 0,8…1 г/м3 . В расчетах выбирали минимальный диаметр частиц 2· 10–6 м, максимальный – 6 ·10–6 м. Рас; ход газовой среды определяли по формуле , а среднюю скорость потока рассчитывали по выражению , где αк = 0,99 – коэффициент расхода, Sк – проход; ное сечение коллектора, м2, ΔР –разность стати; ческого давления окружающей среды и статичес; кого давления в коллекторе, мм вод. ст., Vп – среднерасходная скорость потока. Теплофизическая модель процесса Используемая теплофизическая модель про; цессов переноса частиц в канале основана на транспортном уравнении напряжений Рейнольд; са с расчетом индивидуальных напряжений ( ) и имела вид .(1) Турбулентную диффузию DT,ij рассчитывали с помощью обобщенной модели диффузии , (2) где μТ – коэффициент турбулентной вязкости, σТ = 0,82 – аналог числа Прандтля. Коэффициент турбулентной вязкости определяли по формуле , (3) где Сμ = 0,09. Коэффициент молекулярной диф; фузии DL,ij, рассчитывается по выражению . (4) Генерация напряжений P и уровень диссипа; ции кинетической энергии турбулентности ε рас; считывали по формулам: , (5) . (6) С учетом выражений (2;6) уравнение (1) мож; но представить в виде (7) По аналогии с транспортным уравнением на; пряжений Рейнольдса для учета неизотермичес; ких параметров процесса выполнен расчет кон; вективного теплопереноса с помощью уравнения энергии 2 T k Cμμ = ρ ε i ju u′ ′ к n S V G = 2 к кG S g Р= α Δ ρ , (8) где E – полная энергия потока, τ – тензор напря; жений, определяется из уравнения , (9) где . Условия турбулентной и ламинарной диффу; зии, генерации напряжений представляют транс; портировку энергии за счет диффузии, тепло; проводности и диссипации соответственно. Для моделирования траекторий дисперсных частиц двухфазной среды решали уравнение дви; жения, которое учитывало силу инерции части; цы и другие основные силы, воздействующие на нее. В декартовых координатах это уравнение за; писывали следующим образом: , (10) где FD – сила сопротивления единицы массы ча; стицы: , (11) , (12) Fi – дополнительные силы, воздействующие на частицу. Коэффициент сопротивления , (13) где bi – полиноминально задаваемые коэффици; енты. Уравнение (10) учитывает дополнительные си; лы Fi, которые воздействуют на частицу. Для уче; та осаждения частиц под действием силы инер; ции необходимо учитывать ускорение потока, обтекающего частицу. Сила инерции рассчиты; валась следующим образом: . (14) Дополнительная сила переноса частиц прояв; ляется в случае возникновения перепада давле; ния (диффузиофоретическая сила), которую можно рассчитать по формуле , (15) где Рр – давление потока у стенки; Р – локальное давление потока. В неизотермических условиях возникает сила термофореза , (16) где DТ – термофоретический коэффициент, ко; торый задается полиноминально. Результаты исследований Для исследования процессов улавливания час; тиц на поверхности осаждения использовался метод пакетного моделирования. С его помощью рассчитывалась траектория движения частиц и их осаждение на стенках канала. На рис. 3 пред; ставлены результаты расчетов коэффициента улавливания высокодисперсного аэрозоля в за; висимости от высоты канала и перепада темпера; тур. Эффективность улавливания частиц аэрозо; ля стенками канала определялась по формуле ηΣ= (1 – Cвых/Cвх). Как видно из графика (рис. 3), при начальной скорости V0=5 м/с для канала высотой H = 5 и 10 мм коэффициент улавливания при перепаде температур ΔТ = 80 оС составляет 10 % и 9,5 % соответственно. При исследовании канала высо; той H = 5, 10 мм без охлаждения (ΔТ = 0) коэф; фициент улавливания составил 4,8 %. При уве; личении высоты канала эффект улавливания снижается. Re p p u u d − = ρ μ 2 18 Re 24 D D p p C F p d μ= eff T Lμ = μ + μ ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 17 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ 18 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ На рис. 4 представлена зависимость коэффи; циента улавливания от высоты канала и перепада температур в гладком канале при различных ско; ростях. Как видно из графика, эффект термофо; реза наибольший при малых скоростях в канале высотой H = 5, 10 мм. На рис. 5 представлена зависимость коэффи; циента улавливания от скорости и высоты кана; ла при наличии градиента температур. Так, при скорости V0 = 24 м/с эффект осаждения в канале для H = 5...30 мм уменьшается от 22 до 20 % со; ответственно. Из результатов расчетов видно, что при больших скоростях происходит турбофоре; тическое осаждение, а интенсификация за счет термофореза неэффективна. Рис. 3. Зависимость коэффициента улавливания высокодисперсного аэрозоля от высоты канала и перепада температур при начальной скорости V0=5 м/с.: – ΔΔТ = 80 oC, – 70, – 50, – 30, – 20, – 0 (без охлаждения). Рис. 4. Зависимость коэффициента улавливания от высоты канала и перепада температур в глад� ком канале при начальной скорости V0=5 м/с: – высота канала H = 5 мм, – 10, – 15, – 20, – 25, – 30. Рис. 5. Зависимость коэффициента улавливания от скорости и высоты канала при наличии пере� пада температур при H = 10 мм: – ΔΔТ = 80 oC, – 70, – 50, – 30, – 20, – 0 (без охлаждения). Рис. 6. Изменение скорости в канале при V0=3 м/с и H = 10 мм: 1 – в центре канала, 2 – на рассто� янии 9 мм, 3 – 1 мм от стенки (схема на рис. 1). ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2006, т. 28, № 3 19 ТЕПЛО� И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Был выполнен расчет скорости потока в ци; линдрическом гладком канале при начальной скорости на входе V0 = 3 м/с (рис. 6). Для более детального исследования темпера; турного поля потока частиц в канале исследовал; ся пристенный слой, в котором собственно и происходит осаждение частиц. Как видно из рис.7, в пристенном слое температура частицы уменьшается до 45 oС. В канале создается пере; пад температур до ΔТ = 60 оС. В центре канала температура уменьшает от 100 до 75 оС. Выводы На основе созданной теплофизической моде; ли выполнен расчет основных термодинамичес; ких характеристик дисперсной двухфазной сре; ды для гладкого канала в неизотермических условиях. Результаты исследований показали, что осаждение высокодисперсных частиц на по; верхности канала при наличии перепада темпе; ратур происходит при совместном действии сил инерции, турбофореза и термофореза. В резуль; тате проведенных исследований подтверждена неаддитивность влияния сил инерции и термо; фореза на осаждение высокодисперсных частиц. ЛИТЕРАТУРА 1. Рыжков С.С., Басок Б.И. Экологические ресурсосберегающие технологии для промыш; ленной теплотехники на основе дисперсных двухфазных сред // Промышленная теплотехни; ка. – 2001. – 23, № 4–5. – С. 141–145. 2. Рижков С.С., Харитонов Ю.М., Благодат0 ний В.В. Методи очищення повітряного середо; вища від забруднень: Методичні вказівки./ Ми; колаїв: УДМТУ. – 2002. – 56 с. 3. Ryzhkov S.S. “Jet; contact separator of exhaust gases of ship engines”/ Proceedings of the third international conference on marine industry// – Varna: Bulgaria, 2001. – 2. – P. 137 – 145. 4. Басок Б.И., Рыжков С.С. (мл). Термофоре; тическая очистка воздуха в энергетическом обо; рудовании. // Промышленная теплотехника. – 2003. – 25, № 5. – С. 45–50. Получено 21.11.2005 г. Рис. 7. Идентификация частиц по температуре в потоке в виде цветовой гаммы V0= 3 м/с: а – начало канала, б – центр канала, в – пристенный слой. а б в

Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале

Репозитарії

Схожі ресурси