ТУРБУЛЕНТНАЯ КОАГУЛЯЦИЯ
При турбулентном движении газового потока решающую роль в организации встреч частиц играют турбулентные пульсации. В турбулентном потоке возможны два механизма коагуляции. Первый реализуется при полном увлечении частиц аэрозоля турбулентными пульсациями. Этот механизм имеет преимущественное распространение при плотности частиц, мало отличающейся от плотности потока. В случае аэрозольных частиц, плотность которых примерно в 103 раза больше плотности газов полного увлечения частиц не происходит. Поэтому для аэрозольных частиц этот механизм имеет второстепенное значение. Наибольший коагуляционный эффект в турбулентном газопылевом потоке осуществляется благодаря второму механизму, получившему название механизм ускорения.
Коагуляция за счет механизма ускорения осуществляется благодаря различию в плотности газового потока и частиц аэрозоля. Скорости, приобретаемые частицами, зависят от их массы и имеют существенное различие в полидисперсных системах. Благодаря различию в скоростях движения частиц и происходит встреча этих частиц, сопровождающихся их коагуляцией.
Скорость турбулентной коагуляции по первому механизму может быть выражена в виде формулы
Подставляя значение εт в формулу (3.10), получим для случая движения потока по трубе ( 
=Dтр)
Формулы (3.10) и (3.11) справедливы при условии, что до самого соприкосновения частиц преобладает турбулентная диффузия, т. е. Dт>Dч, для чего необходимо соблюдение неравенства
При несоблюдении неравенства (3.12) даже в турбулентном потоке коагуляция определяется формулой (3.5).
Расчеты показывают, что при скорости воздуха 10 м/с, диаметре трубы 1 м и температуре 20°С ( 
=15-10-6 м2/с) неравенство (3.12) будет иметь место для частиц размером dч≥10-6м. Более мелкие частицы порядка dч=10-7м коагулируют исключительно за счет броуновской коагуляции.
Скорость турбулентной коагуляции по второму механизму (механизму ускорения) определяется по формуле [2]
где 
- коэффициент, характеризующий распределение частиц по размерам; 
- средний размер частиц, м.
Как уже указывалось, подобный механизм коагуляции возможен только в случае полидисперсного аэрозоля. Подставляя в формулу (3.14) значение εт, получим
Таким образом, при прочих равных условиях скорость коагуляции за счет механизма ускорения в значительной степени определяется скоростью газового потока( 
).
При турбулентном движении сильнее искажаются линии тока мелких частиц аэрозоля, движущихся мимо более крупной частицы, чем инерционные силы. Поэтому при рассмотрении турбулентной коагуляции, каждая встреча, рассчитанная на основе прямолинейных траекторий, приводит к коагуляции.
Сравним оба механизма коагуляции в турбулентном потоке с броуновской коагуляцией. Согласно формулам (3.5) и (3.13), отношение между скоростью коагуляции, вызванной турбулентным перемешиванием, и скоростью коагуляции, происходящей благодаря броуновской диффузии, можно представить в виде
При υг=10 м/с; Dтр=1 м; νг=15·10-6 м2/с (воздух при температуре 20°С) и dч=10-7 м (Dч=6,1·10-10 м2/с) отношение Nт/Nбр≈0,007; при тех же условиях, но большем размере частицdч=10-6 м (Dч = 2,7-10-11 м2/с), а Nт/Nбр≈15. Таким образом Nт>≈Nбрдля частиц размером dч=10-6м и более.
Сравнивая скорость коагуляции 
со скоростью коагуляции Nти принимая ρч/ρг≈103, а β=1 получим:
Если сохранить принятые выше условия течения газа по трубе (диаметром 1 м), то Nуск/Nт≈56·106dч. Таким образом, второй механизм при турбулентной коагуляции частиц в газовом потоке является преобладающим даже для частиц диаметром dч=10-7 м, когда коагуляция протекает в основном за счет броуновской диффузии. Для частиц же размером dч=10-6м Nуск во много раз превосходитNт.
Сопоставим скорость турбулентной коагуляции, протекающей по второму механизму, со скоростью градиентной коагуляции в при стенном слое (при турбулентном движении потока). В этом случае при ρч/ρг≈103, а β=1
Если принять υг=10 м/с; Г=104 1/с; Dтр=1 м и νг= 15·10-6 м2/с, то
Таким образом, можно сделать вывод, что механизм ускорения преобладает над градиентной коагуляцией уже при dч=10-6 м.
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 748;