1.5.1 Гравітаційне осадження частинок
В апаратах, які викори-стовують цей принцип вловлювання пилу, осадження завислих частинок відбувається під дією сили ваги (гравітації). При падінні частинка пилу зазнає опору середовища. Найпростіше цей опір описується при прямолінійному і рівномірному русі кульової частинки, тобто в тому випадку, коли можна знехтувати турбулентністю потоку і конвенційними течіями.
Сила опору, що діє на частинку при її русі F, Н, може бути виражена рівнянням:
де
У випадку кульової частинки
де dч – діаметр частинки, м.
, (1.18)
Коефіцієнт
залежить від критерію Рейнольдса для частинки
, (1.19)
де
– динамічна в’язкість газів, Па•с.
Ця залежність наведена на рис. 1.4.

Рисунок 1.4 – Залежність коефіцієнта лобового опору кульової частинки
від критерію
:
1 – область дії закону Стокса; 2 – стандартна крива; 3 – область дії формули Ньютона
Існує три різних режими руху кулеподібної частинки, кожному з яких відповідає певний характер залежності
від числа Рейнольдса. Так, для ділянок з ламінарним, турбулентним і перехідним режимами (Re ≤ 2; Re > 500 і Re < 500) відповідно
= 24/Re;
= 0,44;
= 18,5/Re. На ділянці з ламінарним режимом руху для частинок сферичної форми опір середо-вища описується законом Стокса:
(1.20)
Для частинок розміром 0,2…2,0 мкм в рівняння (1.20) вводиться поправка Кенінгема-Мілікена, яка враховує підвищену рухомість части-нок, розмір яких порівнюється з середньою довжиною вільного пробігу газових молекул:
(1.21)
Поправка
розраховується за формулою
(1.22)
В свою чергу,
можна розрахувати за формулою
(1.23)
де Мг – маса 1 кмоль газів, кг/кмоль;
– універсальна газова постійна, рівна
= 8314 Дж/моль•К;
– абсолютна температура газів, К.
Для повітря при
= 20
і нормальному атмосферному тиску
= 6,5•10-8 м.
Відповідно до рівняння (1.22) для повітря при нормальних умовах значення поправки
рівні:
0,003 |
0,01 |
0,03 |
0,1 |
0,3 |
1,0 |
3,0 |
10,0 |
|
|
90,0 |
24,5 |
7,9 |
2,9 |
1,57 |
1,16 |
1,03 |
1,0 |
Розглянемо рух частинки в нерухомому середовищі під дією сили ваги (осадження). При відсутності опору середовища їх швидкість змінювалася б залежно від часу
за законом
. Проте, зі збільшенням швидкості буде рости величина опору середовища і відповідно зменшуватися прискорення частинки. Остаточно частинка буде рухатися з постійною швидкістю. Цю швидкість можна визначити з рівності сили опору середовища і сили ваги з врахуванням сили Архімеда:
, (1.24)
звідки
, (1.25)
де
– швидкість витання(осадження), м/с;
– час релаксації частинки, с.
Величину швидкості витання
при гравітаційному осаджені частинок в повітрі можна визначити за допомогою графіка, наведеного на рис. 1.5.
Рисунок 1.5 – Діаграма для визначення швидкості осадження
частинок в повітрі:
1 – під дією сили ваги; 2…4 – під дією сили, яка перевищує силу
ваги відповідно в 10, 100, 1000 разів