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 %. Дос...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2006 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.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| _version_ | 1859724615931133952 |
|---|---|
| author | Басок, Б.И. Авраменко, А.А. Рыжков, С.С. |
| author_facet | Басок, Б.И. Авраменко, А.А. Рыжков, С.С. |
| 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. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | 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 %.
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 %.
|
| first_indexed | 2025-12-01T11:18:12Z |
| format | Article |
| 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
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61406 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T11:18:12Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Басок, Б.И. Авраменко, А.А. Рыжков, С.С. 2014-05-05T07:41:43Z 2014-05-05T07:41:43Z 2006 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 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61406 629.12.03 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 %. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале Influence research of temperature drop on process of superfine aerosol particles catching in the smooth channel Article published earlier |
| spellingShingle | 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 |
| title | Исследование влияния перепада температур на процесс улавливания высокодисперсных частиц аэрозоля в гладком канале |
| title_alt | Influence research of temperature drop on process of superfine aerosol particles catching in the smooth channel |
| 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_short | 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 |
| topic | Тепло- и массообменные процессы |
| topic_facet | Тепло- и массообменные процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61406 |
| work_keys_str_mv | AT basokbi issledovanievliâniâperepadatemperaturnaprocessulavlivaniâvysokodispersnyhčasticaérozolâvgladkomkanale AT avramenkoaa issledovanievliâniâperepadatemperaturnaprocessulavlivaniâvysokodispersnyhčasticaérozolâvgladkomkanale AT ryžkovss issledovanievliâniâperepadatemperaturnaprocessulavlivaniâvysokodispersnyhčasticaérozolâvgladkomkanale AT basokbi influenceresearchoftemperaturedroponprocessofsuperfineaerosolparticlescatchinginthesmoothchannel AT avramenkoaa influenceresearchoftemperaturedroponprocessofsuperfineaerosolparticlescatchinginthesmoothchannel AT ryžkovss influenceresearchoftemperaturedroponprocessofsuperfineaerosolparticlescatchinginthesmoothchannel |