Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде
Исследован перенос угольной пыли в гранулированной фильтрующей среде, аналогичной используемой в фильтрах АЭС, когда сила увлечения воздухом и сила тяжести, действующие на пыль, направлены под прямым углом друг к другу. Обнаружено, что в отличие от случая параллельной ориентации сил, который характе...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110632 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде / И.М. Неклюдов, Л.И. Фёдорова, П.Я. Полтинин, О.П. Леденёв // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 6. — С. 82-88. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860191770196836352 |
|---|---|
| author | Неклюдов, И.М. Фёдорова, Л.И. Полтинин, П.Я. Леденёв, О.П. |
| author_facet | Неклюдов, И.М. Фёдорова, Л.И. Полтинин, П.Я. Леденёв, О.П. |
| citation_txt | Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде / И.М. Неклюдов, Л.И. Фёдорова, П.Я. Полтинин, О.П. Леденёв // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 6. — С. 82-88. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Исследован перенос угольной пыли в гранулированной фильтрующей среде, аналогичной используемой в фильтрах АЭС, когда сила увлечения воздухом и сила тяжести, действующие на пыль, направлены под прямым углом друг к другу. Обнаружено, что в отличие от случая параллельной ориентации сил, который характерен для эксплуатируемых фильтров АЭС, в данном эксперименте не наблюдается явления ненормированного роста сопротивления фильтра воздушному потоку даже при существенно больших интегральных объемах пропущенного воздуха и введенных пылевых массах. Проведены количественные измерения основных характеристик процесса переноса пылевых масс на макете фильтра.
Досліджено перенос вугільного пилу в гранульованій фільтруючій середі, що відповідно використовується в фільтрах АЕС, коли сила захоплювання повітрям і сила тяжіння, які діють на пил, спрямовані під прямим кутом один до одного. Знайдено, що в відміну від випадку паралельної орієнтації сил, котрий є характерним для фільтрів АЕС, у даному експерименті не спостерігається явища ненормованого зросту опору фільтру повітряному потоку навіть при суттєво більших інтегральних об’ємах пропущеного повітря і доданих пилових мас. Проведене кількісне вимірювання основних характеристик процесу переносу пилових мас на макеті фільтру.
Transposition of a coal dust in the granulated filtering medium similar used in filters of the NPP when force of a dagging by air and a gravity, acting on a dust, are directed under a right angle to each other is investigated. It is revealed, that unlike a case of parallel orientation of forces which is characteristic for maintained filters of the NPP, in the given experiment it is not observed appearances not normalize growth of resistance of the filter to an air stream even at essential greater integral volumes of passed air and the introduced dust masses. Quantitative measurements of the basic performances of process of transposition of dust masses on an experimental model of the filter are lead.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:06:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 519. 711
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ДИНАМИКИ ПЫЛЕВЫХ МАСС
ПОД ДЕЙСТВИЕМ РАЗНОНАПРАВЛЕННЫХ СИЛ
В ФИЛЬТРУЮЩЕЙ СРЕДЕ
И.М. Неклюдов, Л.И. Фёдорова, П.Я. Полтинин, О.П. Леденёв
ИФТТМТ Национального научного центра «Харьковский физико-технический
институт» г. Харьков, Украина
Исследован перенос угольной пыли в гранулированной фильтрующей среде, аналогичной используемой
в фильтрах АЭС, когда сила увлечения воздухом и сила тяжести, действующие на пыль, направлены под
прямым углом друг к другу. Обнаружено, что в отличие от случая параллельной ориентации сил, который
характерен для эксплуатируемых фильтров АЭС, в данном эксперименте не наблюдается явления ненор-
мированного роста сопротивления фильтра воздушному потоку даже при существенно больших интеграль-
ных объемах пропущенного воздуха и введенных пылевых массах. Проведены количественные измерения
основных характеристик процесса переноса пылевых масс на макете фильтра.
1. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что в адсорбционных угольных
фильтрах, работающих на атомных электростанциях
(АЭС), после длительной эксплуатации возникает
существенный ненормативный рост сопротивления
воздушному потоку, который приводит затем к вы-
ходу адсорберов из строя. Как было выяснено ранее
[1], это связано с тем, что в процессе работы на
верхней поверхности вертикально расположенного
фильтра АЭС, через которую поступает очищаемый
воздух, генерируется пылевая фракция, возникаю-
щая из-за разрушения угольных гранул фильтра.
Особенности последующего переноса пыли воздуш-
ным потоком в фильтр и структурообразование
вблизи поверхности фильтра из пылевой массы
запирающего слоя, приводящего к отмеченным
выше последствиям, были более подробно исследо-
ваны в [2]. В этих работах на макете адсорбера АУ-
1500 исследовалось распределения угольной пыле-
вой фракции по глубине адсорбционного слоя в том
случае, когда пыль поступала в вертикально распо-
ложенный фильтр небольшими порциями из припо-
верхностного слоя. Было показано, что распределе-
ние пыли по глубине слоя имеет градиентный харак-
тер, причем преимущественно пыль накапливается в
узком приповерхностном слое, при этом имеются
пылевые максимумы и в глубине фильтра. Парал-
лельный анализ результатов макетных испытаний и
изучения фракционного состава адсорбционного
слоя в вышедших из строя реальных фильтрах поз-
волил выявить причину резкого возрастания аэроди-
намического сопротивления фильтров после дли-
тельной эксплуатации на АЭС и дать рекомендации
по их усовершенствованию, обеспечивающие суще-
ственное продление работоспособности вертикаль-
ных адсорберов.
Исходя из анализа, проведенного в [2], представ-
ляло интерес исследовать работу фильтра, изменив
расположение его относительно сил, действующих
на пылевые массы, т.е. расположив адсорбер гори-
зонтально. В этом случае из-за изменения физиче-
ских условий, в которых работает фильтр, можно
было ожидать уменьшения влияния переносимой
пыли на его аэродинамическое сопротивление.
Следует отметить, что при истирании адсорбента
СКТ-3, используемого в фильтрах, образуются ча-
стицы пыли с дискретным набором размеров [2, 3].
При вертикальной ориентации фильтра на частицы,
переносимые потоком воздуха, в основном действу-
ют силы, направленные в одну сторону (сверху
вниз). Это сила вязкого увлечения, определяемая си-
лой Стокса FS, и сила тяжести Fg. Пылевая угольная
фракция именно под их действием перемещается
воздушным потоком в глубь фильтра. Средняя ско-
рость переноса частиц определяется их размерами.
Наибольшие скорости переноса имеют самые малые
частицы пыли, для которых основной движущей си-
лой является сила вязкого увлечения воздухом. Наи-
меньшими скоростями переноса обладают наиболее
крупные частицы, для которых важное значение
имеет сила тяжести. Они слабо увлекаются возду-
хом и первыми осаждаются между гранулами уже в
верхней части адсорбционного слоя, способствуя
образованию в процессе длительной работы адсор-
бера вблизи его поверхности равномерно распреде-
ленной плотной пылевой структуры, состоящей из
частиц пыли всех размеров [4]. Достижение крити-
ческого значения массовой доли пыли в этом запи-
рающем слое и приводит к экспоненциальному воз-
растанию аэродинамического сопротивления.
Представлялось интересным изучить, каким об-
разом угольная пылевая фракция, образующаяся
вблизи поверхности адсорбента, будет распреде-
ляться по длине фильтра, лежащего горизонтально,
когда силы, действующие на частицы пыли, направ-
лены под прямым углом друг к другу. В этом случае
сила вязкого увлечения осуществляет перенос пыли
вдоль адсорбера, тогда как сила тяжести приводит к
перемещению пылевых масс в его нижнюю часть. В
этой постановке эксперимента необходимо было вы-
яснить, каким образом угольная пыль распределяет-
_______________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 82-88.
82
ся по поперечному сечению фильтра, какая часть
вводимой в фильтр пыли выходит из него с потоком
воздуха и каким образом аэродинамическое сопро-
тивление фильтра зависит от особенностей распре-
деления пыли по слою адсорбента. Были проведены
макетные испытания, в которых имитировалось ис-
тирание адсорбента вблизи поверхности фильтра с
дальнейшим переносом угольной пыли потоком воз-
духа внутрь адсорбера.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Макет фильтра (рис. 1,а) представлял собой го-
ризонтально расположенный стеклянный цилиндр,
диаметр которого в десять раз меньше диаметра ре-
ального адсорбера.
Верх
Низ
а
б
Рис. 1. Схема фильтра:
а – макет адсорбера; б – поперечное сечение
контейнера; 1-4 – сегменты, сверху вниз
Слой адсорбента в нём был зажат между двумя
сетками. Поток воздуха направлен слева направо.
Поток воздух был в 100 раз меньше потока в рабо-
чем фильтре, но средняя скорость потока (0,14…
0,58 м/с) соответствовала средней скорости его в ре-
альных фильтрах при штатном расходе воздуха.
Длина слоя адсорбента аналогична высоте слоя ад-
сорбента в реальном фильтре. Использовался грану-
лированный уголь СКТ-3, применяемый обычно в
рабочих фильтрах на АЭС. При выбранных парамет-
рах аэродинамическое сопротивление макета соот-
ветствовало сопротивлению реального фильтра.
Слой гранулированного угля по длине был разде-
лен сетками на четыре секции (1, 2, 3, 4, счёт справа
налево). Четвёртая, крайняя левая, секция собрана
из трёх металлических контейнеров (№ 1, 2, 3, счёт
справа налево), в каждом из которых слой угля за-
жат между двумя сетками (высота слоя 2 см). Для
того чтобы после окончания эксперимента можно
было оценить характер распределения угольной
пыли по поперечному сечению контейнера, слой
угля в каждом контейнере был разделен тремя сет-
ками на четыре сегмента (1, 2, 3, 4, счёт сверху вниз;
рис. 1,б). Слева к четвёртой секции прижат контейнер
№ 4, представляющий собой источник угольной пыли,
которая при продувке воздуха затягивалась внутрь
фильтра.
В экспериментах использовался однородный
угольный адсорбент, состоящий из специально ото-
бранных крупных гранул. Этим углем заполнялись все
четыре секции. Угольная пыль с размерами частиц ме-
нее 10 мкм получалась истиранием гранул адсорбента
вне макета. В контейнер № 4 — источник пыли — с
целью соблюдения одинаковых стартовых условий
перед началом каждого эксперимента засыпалась но-
вая, тщательно перемешанная, смесь гранул адсорбен-
та и угольной пыли. Это исключало накопление пыли
в контейнере № 4. Масса пыли не превышала 1,5 % от
массы угля в контейнере. Таким образом, пыль вводи-
лась в фильтр небольшими дискретными порциями.
Перед очередным экспериментом и после него из-
мерялась масса каждого из четырёх контейнеров. Для
первого, второго и третьего контейнеров по разности
показаний определялась масса пыли, осевшей в каждом
из них после эксперимента. По разности масс четвёрто-
го контейнера – источника – до и после эксперимента
определялась масса очередной порции пыли, поступив-
шей в фильтр. Масса пыли, ушедшей в 1-3 секции,
определялась путем вычитания суммарной массы пыли,
осевшей в трёх контейнерах, из массы пыли, введенной
в фильтр во время эксперимента.
Использованы следующие обозначения: М0 – масса
гранул во всем фильтре; М1. М2, М3 – массы гранул в
контейнерах № 1, 2, 3 соответственно; m0 – общая масса
пыли, введенной в фильтр после очередного экспери-
мента; m1 , m2 , m3 – суммарная масса пыли, осевшей в
контейнерах №1, 2, 3 после эксперимента; m4 - суммар-
ная масса пыли, ушедшей в 1-3 секции после экспери-
мента, ( )32104 mmmmm −−−= ; Mj
i – масса адсор-
бента в j-м сегменте (j - от 1 до 4) контейнера № i (i – от
1 до 3); mj
i – масса пыли, накопившаяся к концу экспе-
римента в j–ом сегменте контейнера № i; m0i –масса
пыли, осевшая к концу эксперимента в контейнере № i.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
3.1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЫЛИ В СЛОЕ ГРАНУЛ
Результаты изучения зависимости относительной
массы угольной пыли, накопившейся в 1-3 контей-
нерах – m1/m0, m2/m0, m3/m0 (графики 1-3) и относи-
тельной массы пыли, ушедшей в 1-3 секциях – m4/m0
(график 4) от массовой доли пылевой угольной
_______________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 82-88.
83
фракции, вошедшей в фильтр – ( )000 mMm + , при-
ведены на рис. 2.
Результаты исследования зависимости массовой
доли пыли в 1-3–ем контейнерах – m1/(М1+m1),
m2/(М2+m2), m3/(М3+m3) от mo/(Мо+mo) - массовой
доли пылевой угольной фракции, введенной в
фильтр, изображены на рис. 3 (графики 1-3).
Рис. 2. Зависимость относительной массы угольной
пыли, осевшей в 1-м (1), 2-м (2), 3 -м (3) контейнерах и
относительной массы пыли, ушедшей в 1-3 секциях
(4), от массовой доли пылевой угольной фракции, по-
ступившей в фильтр; i - от 1 до 4
Рис. 3. Зависимость массовой доли угольной пыли в
1-м (1), 2-м (2) и 3-м (3) контейнерах от массовой
доли пылевой угольной фракции, поступившей
в фильтр; i – от 1 до 3
Параллельный анализ данных, приведенных на
рис. 2 и 3, позволяет сделать следующие выводы:
1. В фильтре, расположенном горизонтально,
при введении в него угольной пыли малыми дис-
кретными порциями в первоначальный период [до
0,5 % по mo/(Мо+mo)] наблюдается некоторое хаоти-
ческое, не имеющее чётко выраженной тенденции,
перераспределение угольной пыли по высоте ад-
сорбционного слоя.
Начиная от 0,5 до 5 % mo/(Мо+mo) фиксируется
четко выраженная тенденция к снижению количе-
ства пыли, осаждающейся в 1-3 контейнерах (см.
графики 1- 3 на рис. 2).
2. Причём, на участке от 0,5 до 3 % эта тенден-
ция резко выражена (уменьшение на 9, 16 и 21 %
для 1, 2 и 3-го контейнеров соответственно).
При этом массовая доля пыли, осевшей в 1, 2 и
3-м контейнерах, увеличивается на 1, 2, 4 и 3,4 %
(см. рис. 3, графики 1-3). Массовая доля пыли в 3-м,
ближайшем к источнику пыли, контейнере превы-
шает массовую долю пыли во 2-м контейнере в 1,4
раза, а в 1-м — в 3 раза. ( Массовая доля пыли во
2-м контейнере в 2 раза больше, нежели в 1-м).
3. На участке от 3 % до 5 % спад количества осе-
дающей в контейнерах пыли замедляется (уменьше-
ние на 1,5; 3,0; 2,6 % для 1, 2, 3-го контейнеров).
4. Начиная с 5 % по mo/(Мо+mo) и до 10,5 %
в 1-3-м контейнерах при каждом эксперименте за-
держивается приблизительно постоянное количе-
ство пыли. При этом зависимость массовой доли
пыли в 1-3-м контейнерах от mo/(Мо+mo) приобрета-
ет практически линейный характер. Массовая доля
пыли в 1-м контейнере к концу исследований увели-
чивается в 2,3 раза, во 2-м – в 1,8 раза, в 3-м – в 1,9
раза (см. рис. 3, графики 1-3).
5. В 4-й секции, состоящей из трёх контейнеров,
после окончания исследований задержалось 17,3 %
пыли от общей массы, поступившей в фильтр, что
по контейнерам (№1, 2, 3) составляет соответствен-
но 3,5; 5,1; 8,7 %. Усреднённая массовая доля пыли
при этом в каждом из трёх контейнеров составила:
1…5,5; 2…8,5; 3…14,3 %.
6. Как видно из графика 4 на рис. 2, на участке от
0,5 до 5 % mo/(Мо+mo) прослеживается четко выра-
женная тенденция к увеличению массы пыли, посту-
пающей в 1-3 секциях. Причём, на участке от 0,5 до
3 % резко увеличивается суммарное количество
пыли, уходящей в 1-3 секциях (на 46 %). На участке
от 3 до 5 % этот подъём становится более плавным
(увеличение всего на 9,3 %). Начиная с 5 % и до
конца исследований, в секции уходит приблизитель-
но постоянное количество (82,7 %) угольной пыле-
вой фракции.
7. Масса угольной пыли, накопившаяся в каждой
из трёх секций, вычислялась путём вычитания из ко-
нечной массы каждой из секции начальной массы
адсорбента в них до проведения исследований. По
секциям пыль (справа налево) распределилась сле-
дующим образом: 1…5,2; 2…7,3; 3…4,8; 4…17,3 %.
Усреднённая массовая доля угольной пылевой
фракции в секциях (справа налево) имела следую-
щие значения: 1…2,2; 2…3,1; 3…2,2 %.
8. Сопоставление суммарной массы пыли, кото-
рая согласно нашим расчётам ушла в 1-3-ю секции
(82,7 %), с массой пыли, задержавшейся в этих сек-
циях (17,3 %), позволило вычислить относительную
_______________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 82-88.
84
массу пылевой фракции, вышедшей из фильтра с
потоком воздуха, — 65,4 %.
3.2. ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА РАСПРЕДЕЛЕ-
НИЯ ПЫЛЕВОЙ УГОЛЬНОЙ
ФРАКЦИИ ПО ДЛИНЕ СЛОЯ АДОРБЕНТА
НА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ
СОПРОТИВЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНО РАС-
ПОЛОЖЕННОГО ФИЛЬТРА
Можно оценить степень влияния на аэродинами-
ческое сопротивление фильтра, расположенного го-
ризонтально, исследованного нами распределения
пылевой фракции по глубине слоя угля, изучив за-
висимость ∆Р – аэродинамического сопротивления
от J – объёмного потока воздуха для последователь-
ных (от 0 до 10,5 %) значений mo/(Мо+mo) – массо-
вой доли пылевой фракции, введенной в фильтр
(рис. 4, графики 1-15)). На этом рисунке приведены
также выборочно графические кривые зависимости
∆Р от J для фильтра, стоящего вертикально, (см.
рис.4, графики 1-6). В случае отсутствия угольной
пыли в адсорбенте (mo/(Мо+mo)=0 %) кривые зависи-
мости аэродинамического сопротивления от объем-
ного потока воздуха совпадают (см. рис. 4, графики
1 и 1). Но по мере увеличения массовой доли уголь-
ной пыли, поступающей в фильтр, рост сопротивле-
ния у горизонтально лежащего фильтра оказывается
существенно меньшим, чем в случае вертикального
адсорбера (см. рис. 4, графики 15 и 2).
Рис. 4. Зависимость аэродинамического сопротив-
ления адсорбера от объемного потока воздуха для
массовой доли пылевой фракции, поступившей
в фильтр, (%):
○ – фильтр расположен горизонтально:
1 (0), 2 (0,09), 3 (0,36), 4 (0,6), 5 (1,31), 6 (1,92),
7 (2,99), 8 (3,85), 9 (4,97), 10 (6,16), 11 (6,85),
12(7,92), 13 (9,05), 14 (9,64), 15 (10,5);
● – фильтр расположен вертикально:
1 (0), 2 (5,9), 3 (6,7), 4 (8,8), 5 (9,1), 6 (9,2)
В работе [1] было показано, что ∆Р, как функция J,
хорошо описывается эмпирической степенной зависи-
мостью ΔР=k J1,5. Используя эту зависимость, мы для
конкретного сопротивления (∆Рф = 6000 Пa) на рис. 4
вычислили ∆Р* – значения сопротивления, приведен-
ные к постоянному потоку (J*=15 м3/ч). На графике 1
(см. рис. 5) приведена зависимость ∆Р* от mo/(Мо+mo)
– массовой доли пылевой фракции, введенной в
фильтр. На графике 2 (см. рис. 5) изображена анало-
гичная зависимость ∆Р* от mo/(Мо+mo) для случая,
когда фильтр расположен вертикально (∆Рф = 6000 Pa,
J*=15 м3/ч). Данные нами взяты из работы [1].
Представлялось интересным для случаев гори-
зонтального и вертикального расположения адсорбе-
ров провести сравнение характера распределения
угольной пыли по глубине слоя адсорбента и оценить
влияния его на увеличение аэродинамического сопро-
тивления.
Как следует из сравнительного анализа данных,
показанных на графиках 1 и 2 (см. рис. 5), на
участке от 0 до 6 % по mo/(Мо+mo) графическое
представление ∆Р* от mo/(Мо+mo) для горизонтально
и вертикально расположенных фильтров идентично.
Это участок, на котором как для случая вертикаль-
но, так и горизонтально расположенного фильтра на
аэродинамическое сопротивление оказывает влия-
ние массовая доля пыли во всех трёх контейнерах.
Рис. 5. Зависимость аэродинамического сопротивле
ния (∆Рф =6000 Пa), приведенного к потоку
J*=15 м3/ч, от массовой доли пылевой фракции, по-
ступившей в фильтр: 1 – фильтр расположен гори-
зонтально; 2 – фильтр расположен вертикально
Введение в вертикальный фильтр дополнительно
двух процентов угольной пыли (до 8 % по mo/(Мо+mo))
приводит к тому, что сопротивление увеличивается в 5
раз, дальнейшее поступление в фильтр всего 1,2 %
пыли приводит к экспоненциальному возрастанию со-
_______________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 82-88.
85
противления в 23 раза. Этот рост, как отмечено в ста-
тье [1], свидетельствует о превалирующем влиянии
резко возросшей (до 24 %) массовой доли пыли в 3-м
контейнере на сопротивление.
При горизонтальном расположении фильтра, на
участке от 6 до 10,5 %, как видно из графика 1 (см.
рис. 5), наблюдается плавное, без резких скачков, не-
большое возрастание аэродинамического сопротивле-
ния (в 1,2 раза). При увеличении массовой доли пы-
левой фракции, введенной в фильтр, от 0 до 10,5 %
сопротивление увеличивается всего в 1,7 раза.
В горизонтально лежащем фильтре не зафикси-
ровано резкого по сравнению с 1 и 2-м контейнера-
ми возрастания массовой доли пыли в 3-м контейнере
(см. рис. 3). Как следует из совместного анализа гра-
фика 1 (см. рис. 5) и графиков 1-3 (см. рис. 3), от нача-
ла испытаний и до конца эксперимента (mo/(Мо+mo) от
0 до 10,5 %) на рост сопротивления оказывает сов-
местное влияние увеличения массы пыли, накопив-
шейся во всех трёх контейнерах. Массовая доля пыли
ни в одном из контейнеров не оказывает превалирую-
щего влияния на рост сопротивления.
После окончания эксперимента для каждого из
3-х контейнеров была определена масса пыли, нако-
пившаяся в 1-4-м сегментах, по отношению к массе
пыли, осевшей в каждом из контейнеров, что позволи-
ло установить характер распределения угольной пыли
по поперечному сечению контейнеров. Распределение
относительной массы пыли по 1-4 сегментам контей-
неров (№1-3) следующее: № 1 (1- 11,6; 2…22,0; 3…
26,3; 4…40,1%), №2 (1…6,2; 2…20,7; 3…38,2; 4…34,9
%), № 3(1…10,9; 2…24,2; 3…39,6; 4…25,3%); графи-
ческое представление усреднённых результатов иссле-
дования показано на рис. 6.
Рис. 6. Распределение относительной массы пыле-
вой фракции по поперечному сечению контейнеров
(№1-3): 1 – №1; 2 – №2; 3 – №3 ( i - от 1 до 3;
j – от 1 до 4)
Как следует из приведенных данных, наименьшее
количество пыли сосредоточено вблизи поверхности,
книзу относительная масса пыли увеличивается, до-
стигая максимума для 1- и 2-го контейнеров в третьем
сегменте, в 4-м сегменте масса пыли уменьшается. По
поперечному сечению 1-го контейнера относительная
масса пыли увеличивается практически линейно, до-
стигая максимума в нижнем, 4-м сегменте.
На рис. 7 приведено изображение боковой поверх-
ности 2-о секции (верх фильтра); пыль отсутствует.
Рис. 7. Боковая поверхность (верх фильтра),
2-я секция (см. рис. 1, а)
Исходя из визуального наблюдения по попереч-
ному сечению 1-3-й секций количество осевшей
пыли увеличивается сверху вниз, достигая максиму-
ма внизу (фото 8, 9). Массовая доля пыли в сегмен-
тах контейнеров имела значения: № 1 (1…2,5; 2…
4,7; 3…5,4; 4…9,2 %), № 2 (1…2,8; 2…6,7; 3…11,5;
4…10,7%), № 3(1…8,1; 2…14,7; 3…17,7; 4…
14,2 %), графическое представление – на рис. 10.
Низ фильтра
Рис. 8. Вид поперечного сечения части поверхности
3-й секции (см. рис. 1,а). Стрелка указывает на вы-
ход слоя пыли
_______________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 82-88.
86
Рис. 9. Боковая поверхность (низ фильтра); 2-я сек-
ция (см. рис. 1,а). Стрелки указывают на слой
и пятна пыли
Рис. 10. Распределение массовой доли пылевой
фракции по поперечному сечению контейнеров
(№1-3): 1 - №1; 2-№2; 3-№3; (i - от 1 до 3;
j – от 1 до 4)
Как следует из приведенных данных, во всех сег-
ментах (кроме 2-го для контейнера №3) массовая
доля пыли не достигает критического значения
(18 %), при котором слой угольно-пылевой массы в
этом сегменте стал бы непреодолимым для потока
воздуха. Таким образом, слой угля с пылью, нако-
пившейся в нём, практически во всех сегментах
контейнеров остается прозрачным для продвижения
частиц угольной пыли, поступающих в фильтр
на последующих стадиях эксперимента.
В вертикальном фильтре при массовой доле в
9,1 % сопротивление в 14,4 раза превышает сопро-
тивление горизонтально расположенного фильтра.
Введение в горизонтально лежащий фильтр до 10,5
% массовой доли пылевой фракции приводит к уве-
личению аэродинамического сопротивления в
1,7 раза.
4. ВЫВОДЫ
Из совместного анализа результатов изучения
распределения пылевой фракции в горизонтально и
вертикально расположенных фильтрах можно сде-
лать следующие выводы.
1. При поступлении пылевой угольной фракции
в фильтр из приповерхностного источника характер
распределения пыли по глубине гранулированного
слоя для горизонтально лежащего фильтра суще-
ственно отличается от распределения в вертикаль-
ном фильтре.
В вертикальном фильтре происходит преимуще-
ственное накопление пылевой угольной фракции в
тонком слое вблизи поверхности. К концу экспери-
мента массовая доля пыли в верхнем, 3-м, контейне-
ре достигает 24 % (mo/(Мо+mo) =9,1 %), что приво-
дит к резкому (в 23 раза) возрастанию аэродинами-
ческого сопротивления.
В горизонтально расположенном фильтре зави-
симость массовой доли угольной пыли в 1-, 2- и 3-м
контейнерах от массовой доли пылевой фракции,
введенной в фильтр, начиная с 5 % по mo/(Мо+mo)
практически линейная. Не наблюдается резкого
подъёма величины массовой доли пыли в бли-
жайшем к источнику, 3-м контейнере. Аэродинами-
ческое сопротивление фильтра к концу эксперимен-
та (mo/(Мо+mo)=10,5 %) возрастает всего в 1,7 раза.
В вертикальном фильтре на рост аэродинамическо-
го сопротивления оказывает основное влияние уровень
массовой доли пыли в верхнем, 3-м, контейнере.
В горизонтально расположенном фильтре на
рост сопротивления оказывает совместное влияние
массовая доля пыли, накопившейся во всех трёх
контейнерах.
2. В вертикальном фильтре массовая доля пыли,
накопившаяся в контейнерах, равномерно распреде-
лена по поперечному сечению контейнеров. Именно
поэтому работу фильтра так ухудшает угольная
пыль, собирающаяся в тонком слое вблизи поверх-
ности. Этот слой при накоплении в нем критической
концентрации угольной пыли (18 %) становится
практически непроницаемым для потока воздуха, и
фильтр выходит их строя.
В горизонтально расположенном фильтре массо-
вая доля пыли, осевшая в 1-3-м контейнерах, рас-
пределена неравномерно по поперечному сечению
контейнеров. Массовая доля пыли, осевшей в 1-3
контейнерах, минимальна вверху, в 1-м сегменте, за-
тем увеличивается, достигая максимума для 1-го
контейнера в нижнем, 4-м сегменте, для 2 и 3-го
контейнеров в предпоследнем, 3-ем сегменте.
Массовая доля пыли практически во всех сегментах
1-3-го контейнеров не достигает критического зна-
чения. Таким образом, в каждом из контейнеров
(№ 1-3) слой угля с пылью, осевшей в нём, не пре-
пятствует перемещению частиц угольной пылевой
фракции, поступающих в фильтр на последующих
стадиях эксперимента.
3. В случае горизонтального расположения ад-
сорбера введение угольной пылевой массы не-
большими дозами, не превышающими 1,5% от об-
щей массы адсорбента в 4-м контейнере, не оказы-
вает столь же негативного влияния на работу адсор-
бера, как в случае вертикально расположенного
фильтра.
В горизонтально лежащем фильтре угольные пы-
левые массы перемещаются в нижнюю часть адсор-
бера, освобождая тем самым его сечение, особенно
верхнюю часть, от частиц большого размера, кото-
рые могут служить зародышами образования пыле-
вых структур, препятствующих прохождению воз-
духа.
ЛИТЕРАТУРА
1. И.М. Неклюдов, Л.И. Федорова, П.Я. Полтинин,
Л.В. Карнацевич. Влияние особенностей накопле-
_______________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 82-88.
87
ния пылевой угольной фракции в слое адсорбента
на рост аэродинамического сопротивления уголь-
ных йодных фильтров систем вентиляции АЭС
//Вопросы атомной науки и техники. Серия «Фи-
зика радиационных повреждений и радиационное
материаловедение» (84). 2003, № 6, с. 65–70.
2. О.П. Леденев, И.М. Неклюдов, П.Я. Полтинин,
Л.И. Федорова. Особенности процессов переноса
и структурообразования с участием дисперсной
угольной фракции в адсорбционных фильтрах
систем вентиляции АЭС //Вопросы атомной нау-
ки и техники. Серия «Физика радиационных по-
вреждений и радиационное материаловедение»
(86). 2005, № 3, с. 115–121.
3. О.П. Леденёв, И.М. Неклюдов, П.Я. Полтинин,
Л.И. Фёдорова. Особенности пространственного
распределения пылевых масс и адсорбированных
химических элементов в фильтрах АЭС //Вопросы
атомной науки и техники. Серия «Физика радиа-
ци- онных повреждений и радиационное материа-
ловедение» (89). 2006, № 4, с. 164–168.
4. Н.Б. Урьев. Физико-химическая динамика дис-
персных систем //Успехи химии. 2004, т. 79, № 1,
с. 39–62.
ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ДІНАМИКИ ПИЛОВИХ МАС ПІД ДІЄЮ
РІЗНОНАПРАВЛЕНИХ СИЛ У ФІЛЬТРУЮЧІЙ СЕРЕДІ
І.М. Неклюдов, Л.І. Федорова, П.Я. Полтінін, О.П. Леденьов
Досліджено перенос вугільного пилу в гранульованій фільтруючій середі, що відповідно використовується в
фільтрах АЕС, коли сила захоплювання повітрям і сила тяжіння, які діють на пил, спрямовані під прямим кутом один до
одного. Знайдено, що в відміну від випадку паралельної орієнтації сил, котрий є характерним для фільтрів АЕС, у
даному експерименті не спостерігається явища ненормованого зросту опору фільтру повітряному потоку навіть при
суттєво більших інтегральних об’ємах пропущеного повітря і доданих пилових мас. Проведене кількісне вимірювання
основних характеристик процесу переносу пилових мас на макеті фільтру.
RESEARCH OF SINGULARITIES OF DYNAMICS OF DUST MASSES UNDER OPERATION
OF VARIOUSLY DIRECTED FORCES IN FILTERING MEDIUM
I.M Nekljudov, L.I Fedorova., P.J. Poltinin, O.P. Ledenyov
Transposition of a coal dust in the granulated filtering medium similar used in filters of the NPP when force of a dagging by
air and a gravity, acting on a dust, are directed under a right angle to each other is investigated. It is revealed, that unlike a case of
parallel orientation of forces which is characteristic for maintained filters of the NPP, in the given experiment it is not observed
appearances not normalize growth of resistance of the filter to an air stream even at essential greater integral volumes of passed
air and the introduced dust masses. Quantitative measurements of the basic performances of process of transposition of dust
masses on an experimental model of the filter are lead.
_______________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. № 6.
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91), с. 82-88.
88
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110632 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:06:51Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Неклюдов, И.М. Фёдорова, Л.И. Полтинин, П.Я. Леденёв, О.П. 2017-01-05T19:28:20Z 2017-01-05T19:28:20Z 2007 Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде / И.М. Неклюдов, Л.И. Фёдорова, П.Я. Полтинин, О.П. Леденёв // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 6. — С. 82-88. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110632 519. 711 Исследован перенос угольной пыли в гранулированной фильтрующей среде, аналогичной используемой в фильтрах АЭС, когда сила увлечения воздухом и сила тяжести, действующие на пыль, направлены под прямым углом друг к другу. Обнаружено, что в отличие от случая параллельной ориентации сил, который характерен для эксплуатируемых фильтров АЭС, в данном эксперименте не наблюдается явления ненормированного роста сопротивления фильтра воздушному потоку даже при существенно больших интегральных объемах пропущенного воздуха и введенных пылевых массах. Проведены количественные измерения основных характеристик процесса переноса пылевых масс на макете фильтра. Досліджено перенос вугільного пилу в гранульованій фільтруючій середі, що відповідно використовується в фільтрах АЕС, коли сила захоплювання повітрям і сила тяжіння, які діють на пил, спрямовані під прямим кутом один до одного. Знайдено, що в відміну від випадку паралельної орієнтації сил, котрий є характерним для фільтрів АЕС, у даному експерименті не спостерігається явища ненормованого зросту опору фільтру повітряному потоку навіть при суттєво більших інтегральних об’ємах пропущеного повітря і доданих пилових мас. Проведене кількісне вимірювання основних характеристик процесу переносу пилових мас на макеті фільтру. Transposition of a coal dust in the granulated filtering medium similar used in filters of the NPP when force of a dagging by air and a gravity, acting on a dust, are directed under a right angle to each other is investigated. It is revealed, that unlike a case of parallel orientation of forces which is characteristic for maintained filters of the NPP, in the given experiment it is not observed appearances not normalize growth of resistance of the filter to an air stream even at essential greater integral volumes of passed air and the introduced dust masses. Quantitative measurements of the basic performances of process of transposition of dust masses on an experimental model of the filter are lead. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Материалы реакторов на тепловых нейтронах Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде Дослідження особливостей дінамики пилових мас під дією різнонаправлених сил у фільтруючій середі Research of singularities of dynamics of dust masses under operation of variously directed forces in filtering medium Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде Неклюдов, И.М. Фёдорова, Л.И. Полтинин, П.Я. Леденёв, О.П. Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| title | Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде |
| title_alt | Дослідження особливостей дінамики пилових мас під дією різнонаправлених сил у фільтруючій середі Research of singularities of dynamics of dust masses under operation of variously directed forces in filtering medium |
| title_full | Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде |
| title_fullStr | Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде |
| title_full_unstemmed | Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде |
| title_short | Исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде |
| title_sort | исследование особенностей динамики пылевых масс под действием разнонаправленных сил в фильтрующей среде |
| topic | Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| topic_facet | Материалы реакторов на тепловых нейтронах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110632 |
| work_keys_str_mv | AT neklûdovim issledovanieosobennosteidinamikipylevyhmasspoddeistviemraznonapravlennyhsilvfilʹtruûŝeisrede AT fedorovali issledovanieosobennosteidinamikipylevyhmasspoddeistviemraznonapravlennyhsilvfilʹtruûŝeisrede AT poltininpâ issledovanieosobennosteidinamikipylevyhmasspoddeistviemraznonapravlennyhsilvfilʹtruûŝeisrede AT ledenevop issledovanieosobennosteidinamikipylevyhmasspoddeistviemraznonapravlennyhsilvfilʹtruûŝeisrede AT neklûdovim doslídžennâosoblivosteidínamikipilovihmaspíddíêûríznonapravlenihsilufílʹtruûčíiseredí AT fedorovali doslídžennâosoblivosteidínamikipilovihmaspíddíêûríznonapravlenihsilufílʹtruûčíiseredí AT poltininpâ doslídžennâosoblivosteidínamikipilovihmaspíddíêûríznonapravlenihsilufílʹtruûčíiseredí AT ledenevop doslídžennâosoblivosteidínamikipilovihmaspíddíêûríznonapravlenihsilufílʹtruûčíiseredí AT neklûdovim researchofsingularitiesofdynamicsofdustmassesunderoperationofvariouslydirectedforcesinfilteringmedium AT fedorovali researchofsingularitiesofdynamicsofdustmassesunderoperationofvariouslydirectedforcesinfilteringmedium AT poltininpâ researchofsingularitiesofdynamicsofdustmassesunderoperationofvariouslydirectedforcesinfilteringmedium AT ledenevop researchofsingularitiesofdynamicsofdustmassesunderoperationofvariouslydirectedforcesinfilteringmedium |