4.1. Сурет. Тозаңның айналу жылдамдығын анықтауға арналған номограмма.

Стокс өлшемі – сфералық бөлшек диаметрі. Оның қалыпты өлшемсіз бөлшек тәрізді сондай тұну жылдамдығы болады. Эквивалентті диаметр - шар көлемінің диаметрі. Ол белгілі бір бөлшектің көлеміне тең. Стокс диаметрі мен эквивалентті диаметр арасында тәуелділік қалыптасқан.

х- динамикалық коэфициент.

Төменде өлшемнің динамикалық коэфициенттерінің бөлшектерге арналған мәнді мәндері келтірілген.

Бөлшектердің пішіні Пішіннің динамикалық коэфициенті

Шар тәрізді...............................................................1

Сырты тегіс емес дөңгелек ....................................2,4

Сопақшалау келген..................................................3

Пластикалық.............................................................5

Аралас денелер.........................................................2,9

Гравитациялық тұну параметрлері тозаң тұну қондырғыларының залалсыздандыру тиімділігін анықтайды және ауырлық күшінің орта кедергісі күшіне тең келеді:

(4.7)

Сонда (4.6) формуласын ескерсек

, (4.8)

Осылайша, тұнудың гравитациялық параметрі бөлшектердің тұну жылдамдығы мен газ ағымы бөлшектерінің жылдамдығына тең болады.

Одан бөлек (4.8) теңдігі екі критерий қатынасы бойынша беріледі:

, (4.9)

- Стокс критериийі

- Фруд критерийі

l- анықтау параметрі, м.

Ортаға тарта тұндыру. Тұнудың бұл түрі ортаға тарту күшінің аэродисперстік ағымының қисық түрдегі қозғалысымен айқындалады. Ортаға тарту күш белең алған кезде бөлшектер тұнатын заттардың бетіне шығады.

Стокс заңының қолданылу аясы бойынша дөңгелек бөлшектердің орта тарту жылдамдығын есптеп шығуға болады. Ағымның үдемелі айналымының орта айналымдық күшінортаның кедергісі Стокс күшіне теңестіру қажет

(4.10)

- қозғалмайтын біліктің айналасындағы газ ағымы айналымының жылдамдығы, м/с;

-газ ағымы айналымының радиусы, м;

- бөлшектің массасы, кг.

(4.11)

Бұдан шығатын қорытынды (4.11), залалсыздандыратын ортаайналымдық қондырғылардығы бөлшектердің тұну жылдамдығы бөлшектердің диаметрлері квадратына тең. Орта айналымдық тұну жылдамдығы гравитациялық жылдамдықтан есе көп.

Егер жоғарыда келтірілген гравитациялық тұнуды ортаайналымдық параметрі деп алсақ, онда ортаайналымдық күштің бөлшекке әсерінің орта кедергісіне қатынасы

, (4.12)

Оң бөлік Стокс St критерийі, онда сызықтық r параметрі ағымның айналу радиусы. Ол орта айналымдық тұну бөлшектерінің _=(Re; St_).

Қондырғыларда ортаайналымдық сепарацияға пайдалануға негізделген екі принципті конструктивті шешім қолданылады: газ тозаң ағымы қондырғының қозғалмайтын бөлшегінде айналысқа түседі, ағым айналмалы роторда қозғалысқа келеді. Алғашқы шешім циклон кезінде, ал екінші ротациялық тозаң тұтқышта пайдаланылады.

Үдемелі тұну. Үдемелі тұну бөлшек массасы немесе оның жылдамдығы ерекше сезілген кезде байқалады. Ол ток сызығы бойымен қозғала алмайды, майысқан кедергіге тап болады (4.2. сурет), үдеу әсерімен өз қимылын тоқтатпайды, кедергіге тап болады да, сонда қонады.

Cурет 4.2 - Бөлшектердің шарға қонуы.

Үдемелі қонудың тиімділік коэффициенті _Stk денеге тиген ағымнан бөлінген бөлшектермен анықталады.

Газ ағымындағы бөлшектер қозғалысының траекториясы

. (4.13)

теңдігімен сипатталады.

Мұндағы, Стокс критерийі немесе үдеулік параметр. Ол үдеулік күштің ортаның гидравликалық кедергісі әсер күшінің қатынасын айқындайды; R- дененің жеке өлшемі (мысалы, шар радиусы), м; - бөлшектің өлшемсіз координаты; бөлшектің радиус векторы, м; газдың өлшемсіз жылдамдығы, м/с; сырғымалы денеден алыс жердегі газ жылдамдығы, м/с; бөлшектредің орналасқан жеріндегі газ жылдамдығының векторы, м/с; өлшеусіз уақыт; қозғалыс уақыты, с.

Үдемелі тұну тәріздес қозғалыстың жалғыз өлшемі – St критерийі (4.13) теңдеуінен-ақ St=0 (кішкене массалы бөлшектер) екенін байқауға болады, немесе бөлшектер ток сызығы бойымен дәл қозғалады, сырғымалы дененің сыртына тимейді. Дәл осындай көрініс Стокс критерийінің кішкентай мәнінде де байқалады. Сонымен қатар төменгі, Стокс санының мәні де бар, онда газ ағымының көбеюі бөлшек үдеуіне әсер ете алмайды. Сондықтан ол дененің сыртына еш кедергісіз тиеді. Осылайша бөлшектердің тұтылуы шарты негізінде жүзеге асады.

Үдемелі түрде тұну теориясы тозаң бөлшектерінің сырғымалы дененің жазық бетіне отыруын қарастырады, ал оның артқы жағына қонуын қарастырмайды. Бұл көрініс критерийінің кішкене мәніне тән нәрсе немесе ол тозанның өте майда бөлшектері тұтылған кезде мүмкін болады. Осылайша, тіпті болғанда да тұнудың тиімділігі нөлге тең болмайды.

4.2. суретке қарап оның жолын және критерийінің үдемелі қону үрдісіне әсерін оңай байқауға болады.

Ағымның ламинарлық түрінде ( ) тұнудың тиімділігін бұл критерийге байланысты болмайды, әзірге сырғымалы дененің төңірегіндегі шеткі қабатты сақтап қалуға мүмкіндік туады. Сырғымалы дене бетінде қалыңдығы өлшемі өскен сайын азая түсетің шеткері қабат пайда болады. Ол ағымның турбулентті қозғалысына өткен кездігі өлшемі мәнінің артқан кезде байқалады. мәнінің жоғарғы деңгейінде ( ) ток сызықтары көбірек тұйықталады (потенциалды) және денеге жақын қашықтықта қонады. Бұл кезде Стокс критерийінің мәні өзгереді де тозаң қонуының тиімділігі арта түседі. Бұндай тиімділіктің өсуі дененің щеткі қабаты тозанының қалындығы кішірейуімен түсіндіріледі, немесе критерийі өседі деп есептеледі. Осылайша, потенциалды отыру тиімділігі Стокс өлшемі мен де, өлшімімен де анықталады.

болған кезде шарға потенциалды коэфициенті эмпирикалды формуламен түсіндіріле есептеледі

, (4.14)

көлемі дәл келген кезде 0,0417 – ні құрайды. Өлшемдері 1 мкм келетін бөлшектерге тозанның үдемелі түрде отыруы тиімді. 4.3. суретте шар денеге тозаң бөлшектері отыруының теориялық және эксперименталдық түрде тәуелділігінің тиімділігі келтірілген (потенцталды ағу кезінде). 4.3. суретінде келтірілген мәліметтер тозаң тұту құралдарының пайдалану кезіндегі практикалық есебі түрінде беріледі. Онда тозаң қонуы шар тәріздес денеге (мысалы, тамшы түрінде) лайықталған. Егер дене өте жақын орналаспаса, ағымның байқалатындай өзгерісі сезілмейді. Сырғанақ денелер жақын орналасқанда тиімділік жалғыз дене үшін теоретикалық көлемді түрде ұлғаяды. Бұл ток сымдарының өте жақын орналасуымен түсіндіріледі.

Cурет 4.3 - Шар тәріздес денеге тозаң бөлшектерінің үддемелі түрде қонуы (потенциалды сырғанау кері).

1- теориялқ мәлімет бойынша; 2- эксперименталдық мәлімет бойынша

Ілу (жалғау). Тозаң бөлшектері газ ағымының қозғалғанда сырғақты денелерден ара қашықтығы радиусына тең немесе аз болға ілу үрдісі байқалады. Бөлшектің өлшемі сырғақты дененің жоғарғы бөлігіне тозаң бөлшегі жанасқан кезде оның көлеміне мән беріледі. Егер үдемелі тиімділікті сақтай отырып есептесек, онда бөлшек жоқ сымдары бойымен сәйкес қозғалады. Сонда ол траекторияға сай дененің жоғарғы бөлігімен қиылысады және өзгеріс денеден алыс орналасқан ток сымдары болған кезде оның радиусына (4.2. суретті қараңыз) тең болады. Осылайша, үдемелі тозаң қонуы жоқ кезде, іліп әкету тиімділігі нөлден жоғары келеді. Іліп әкету тиімділігі R параметрімен сипатталады. Ол бөлщектері диаметрінің және сырғанақты дененің диаметрі қатынасына негізделеді.

Шар тәріздес денеден тозаң сырғыған сәтте, R мәні кішірек болғанда, үдемелі тиімділік сақталуы және іліп әкету тиімділігі мынаны құрайды

, (4.15)

Дәл осы жай цилиндр тәріздес дене үшін

, (4.15)

Басқа жағдайларда, бөлшектердің траекториясы үдемелі түрде қозғалғанда тозаң отыру түзу сызық түрінде жүреді. Ол кезде төмендегі қатынасты аламыз

Шар тәрізді ,

Цилиндр тәрізді

Осылайша, шар тәріздес денелерден тозаң ұшқанда, іліп әкету тиімділігі 2R-3R аралығында, ал цилиндрден потенциалды ағу үстінде R-2R болады.

Бөлшектердің цилиндрдің тәріздес денелердің сырғуының тиімділігін анықтау үшін төмендегі теңдеулер келтіріліледі

, (4.17)

, (4.18)

Жоғарыда келтірілген теңдеулерден байқайтынымыздай, диаметрі шағын келген денелер сферасына тозаңдар қонған кезде іліп әкетудің тиімділігі күшейе түседі. Сонымен қатар олардың көрсетулеріне сай іліп алу тиімділігі газ жылдамдығына байланысты болмайды, бірақ белгілі бір мәнде газ ағымының ағыс режимімен де анықталады.

Диффузиялық тұну. Көлемі шағын бөлшектер молекулалардың Броундық (жылулық) әсеріне ұшырайды. Нәтижесінде олардың сырғымалы денелермен әсерлесу мүмкіндігінің жоғарғы формасына ие болады. Бөлшектердің бұл кездегі қозғаласы Эйнштейн теңдеуімен смпатталады. Ол бойынша бөлшектердің орташа орын ауыстыру квадраты

, (4.19)

Мұндағы, - броундық қозғалыс жиілігін білдіретін бөлшектер диффузиясы коэфициентін білдіреді, м/ ; газдардың абсолютті температурасы, К.

Стокс заны бойынша диффузия коэфициенті

, (4.20)

Мұнда, 1.38* Дж/К болады.

Практикада қолданылатын диффузиялық есептеулер өлшемі ретінде Ре критерийі есептеледі. Ол конвективті күштердің диффузиялық күштерге қатынасын анықтап береді:

, (4.21)

Мұндағы, l – ақ денелердің сызықтық параметрін айқындайды;

- Шмид критерийі. Ол ішкі үйкеліс күштерінің диффузиялық күштерге қатынасын білдіреді.

Ре критерийіне қарсы көлемі диффузиялық түрде тұнудың параметрін белгілейді де D арқылы беріледі. Осылайша, диффузия коэффициенті өскен сайын және айқындағыш өлшем мен газ жылдамдығы азайған сәтте диффузияға орай тұну тиімділігі көтеріле түседі.

Төменде қалыпты жағдайдағы ауа бөлшектерінің мәнінің коэффициенттері берілген. Ол (4.20) формуласы бойынша есептелген.

Бөлшек мөлшері, мкм 10 1,0 0,1

Диффузия коэффициенті, 2,4 2,7

Келтірілген мәліметтерден бөлшектер өлшемі кішірейген сайын диффузия коэфициенті жылдам өсе бастайды. Бірақ өте кішкене бөлшектердің диффузиялану жылдамдығы газ молекулалары диффузиялану жылдамдығымен салыстырғанда өте кіші болады. Өйткені, бөлшектердің диффузиялану коэффициенті недәуір кіші келеді.

Бөлшектердің диффузия арқылы тұну көлемін есептеп шығару үшін молекулалық диффузиялану нәтижесінде алынған формулаларды пайдалануға болады. Цилиндрге қонған диффузиялық тұну тиімділігінің есебін аққан кездегі

, (4.22)

Ал потенциалды аққан кездегісін

, (4.23)

есептеген тиімді.

Жоғарыда көрсетілген теңдеулерге орай диффузиялық қону тиімділігі бөлшектердің пропорционалды өлшемдері мен газ ағымдарының жылдамдығына тең болады.

Электр өрісі әсерінен тұну. Ауаның (газдың) тазарту принципі оның зарядталған бөлшектердің әсері арқылы электр өрісінің көмегімен белсенді ортадан бөліп шығарумен сипатталады. Қалыпты жағдайда газ молекуласының басым бөлігі еркін қалыпта болады немесе белгілі және өзге белгілердің электр зарядтарын тасымалдамайды.

Бөлшектердің электр заряды 3 түрлі жолмен жүзеге асуы мүмкін: аэрозольдің генерациясы кезінде, бос иондардың диффузиясы кезінде және негізгі ажыратылу үстінде. Алғашқы екі тәсілді қолданғанда бөлшектер оң және теріс зарядтар алады және екеуін бір уақытта алады. Негізгі ажыратылу, керісінше белгілі бір белгінің заряд алуына әкеледі.

Негізгі ажыратылу – ол газдардағы ыдыраудың ерекше түрі. Оған кернеу көздерінің әр түрлі полярының (оң және теріс) екі электродқа жалғануыжатады. Олар сырт бөліктің әр түрлі қисық келуіне сәйкес келеді.

Негізгі ажыратылу механизмін сымдардың цилиндрлік және жазық түрдегі түйісуі арқылы (4.4. сурет) қарап көрелік. Жоғарғы вольтты кернеу 1 тұрақты жоғарғы кернеу көздері электродына (он мыңдаған вольт) беріледі. Бұл кезде ток көзінің оң жағын жазық электродқа жалғайды 2, ал теріс жағын 3-сымға бекітеді. Сонда осы электродтардың бос кеңістігінде электр өрісі пайда болады. Электродтар бір – біріне сәйкес келмейтіндіктен, өріс кернеуі бірдей болмайды.

Cурет 4.4 - Түрлі полярлы көлемді зарядтардың негізгі ажыратылу кезіндегі пайда болу механизмінің сызбасы.

1- жоғарғы кернеу көзі; 2- жазық электрод; 3- сым; 4- негіздің сырты; 5- электрондар; 6- оң иондар; 7- теріс иондар.

Ол жазық электродқа жалғанған сымдардың сыртының жанында үлкен көлемге ие болады және тегіс келген электрод сымынан қашықтаған сайын кішірейе береді. Белгілі бір кернеу мәнінде (негізгі ажыратылудың қосылуы) сым мен тегіс электрод арасында негізгі разряд пайда болады.

Сымдарға жақын жерлерде кернеу өрісінің мәні көтеріле береді, тіпті бұл аймақта (сыртқы қабы) қос белгі зарядтарын тасымалдаушылар саны артады: 5 электрон және 6 оң зарядтар тасымалдаушы болады (газ электрленуі жүреді). Бұл қабат сыртқы қабық деп аталады.

Кернеу ары қарай өскенде қабықтың ені үлкейеді, екі белгіні тасымалдаушылар саны көбейеді, бұл аймақ жарқырай бастайды (көкшіл – күлгін жарықтану) және жарыла (шытырлай) бастайды.

Сымдарға теріс заряд жалғанғандықтан оң иондар (қабықтағы) сымдарға қарай тартылады, ал электрондар қарама-қарсы бағытқа қозғалады. Қабық ішіндегі электрондар қозғалысы кезінде олардың кинетикалық энергиясы жеткілікті болады. Олар газдардың бос молекулаларымен түйіскенде, олардан жаңа электрондар бөліп шығарады. Пайда болған электрондар қозғалыс үстінде өзге бос молекулалардан және электрондар бөліндіреді, т.с.с. газдардың электрленуінің мәні де осында жатыр.

Cурет 4.5 - Қамал қабығындағы бөлшектердің зарядталуы.

1- теріс иондар. 2 – газдары белсенді бөлшектер. 3 – зарядталған бөлшектер.

Бұл тек қамал қабығының ішінде ғана болады. Ол жерден шыққан энергия электрондарды бөліп шығара алмайды. Электрон тек газ молекуласына жабысуы мүмкін. Бұл кезде иондар пайда бола бастайды. 7. Осылайша, қамал қабығы мен жалпақ электрондар арасындағы кеңістікте тек теріс иондар болады. Олар жалпақ электрондарға қарсы қозғалады. Бұл арада бөліну жоқ. Ол қараңғы немесе көп полярлы аймақ деп аталады. Көп полярлы аймақ электродаралық кеңістіктің басым бөлігін алады. Берілген кернеудің полярлық қапшысы өзгерген кезде үрдіс бірдей келеді; бұл кезде оң зарядты көп полярлық аймақ пайда болады.

Бөлшектердің зарядталу үрдісін қаралық (4.5. сурет). Электр өрісінің (Е кернеулі) әсерімен электрондар сымнан жазыққа қарай қозғалады. Бұл кезде олар 2- бөлшекпен соқтығысады да, оған қонады, ал бөлшектер теріс заряд алады (соққынның әсерінен зарядталу). Иондар жылулық қозғалысына диффузиялы болады, бұл қозғалыс арқылы олар бөлшектермен соқтығысады да, оларды зарядтайды (диффузиялық заряд). Алғашқы механизм 0.5 мкм артықша келген бөлшектерде басым болады, екіншісі -0.2 мкм кем бөлшектерде кездеседі. 0.2 - 0.5 мкм диаметрлі бөлшнктерге екі механизм де тиімді. Зарядтаудың төменгі жылдамдығы 0.3 мкм-ге жақын өлшемді бөлшектерге тән. Q (кл) зарядының көлемі (үлкендігі) сфера пішінді бөлшектер әсерінен пайда болған кездe (4.24) формуласы бойынша есептеледі.

, (4.24)

Бұл жерде - диэлектрлік өткізу ; Е- электр өрісінің кернеуі, В/м.

Заряд өткізбейтін пайда болған бөлшектер көлемі

, (4.25)

формуласы бойынша есептеледі. Мұндағы - бөлшектердің салыстырмалы диэлектрлі өткізгіштігі.

Қуатталудың диффузиялы механизмі кезінде заряд өлшемін теңдеуімен сипаттаймыз.

, (4.26)

e- электрон зарядының өлшемі, Кл ( ; k- иондар санына тәуелді коэфицент және қуат алу үрдісі өтетін ( ) кездің температурасы мен уақыты болып табылады.

Осылайша, 0.5мкм–нен үлкен бөлшектердің үлкендігі бөлшектердің диаметрлері квадратына пропорционал болады, ал 0.2 мкм-нен кіші бөлшектердікі - бөлшектер диаметріне сай келеді. Соққы әсерінен қуат алу кезінде бөлшектің жалпы сырт бөлігі үлкен роль атқарады, сондай-ақ оның диэлектрлік қасиетіне, сонымен қатар электр өрісінің кернеуіне мән беріледі. Диффузиялы қуат алу үстінде, ол өшетін мезгілдің температурасы мен уақыты және иондар саны басымырақ мәнге ие.

Бөлшектердің зарядталуы электрсүзгіште өте тез өтеді: секундтан аз мөлшерде заряд қуаты өзінің шекті мәніне жақындайды.

Зарядталу уақыты

Заряд шегі, %

Электр күші Е кернеулі электр өрісінің зарядталған бөлшектеріне әсер еткенде тең болады.

, (4.27)

Стокс заңын қолдануға болатн жерде кулон күшінің Стокс күшіне теңдестіре отырып есептеп шығаруға болады. Қормаланған бөлшектер жылдамдығы болады.

, (4.28)

q мәнін (4.24)-(4.26) формулалары бойынша анықтайды, ол бөлшектердің қасиеті мен өлшеміне тәуелді келеді.

Тозаңның электр өрісіндегі 1мкм диаметрінен үлкен зарядталған бөлшектерінің жылдамдығы, м/c

, (4.29)

формуласы бойынша анықталуы мүмкін. Мұнда r- бөлшектердің радиусы, м.

Тозаңның диаметрі 1 мкм кем зарядталған бөлшектерінің жылдамдығы электр өрісінде (м/с)

, (4.30)

формуласы бойынша анықталады.

Электр сүзгіштегі тазалау тиімдігі теориялық жолмен алынған мына формула бойынша анықталары.

, (4.31)

- қармалаудың жоғарғы сыртқы қабығы немесе электродтар қармалауының сырты, газдың тазалануына (ауа), ; - зарядталған бөлшектердің қармаланған электродтарға, м/с сәйкес қозғалыс жылдамдығы.

Теориялық тұрғыдан анықталған тазалау тиімдігінің нағыз тиімділіктен біраз айырмашылығы бар. Идеал жайында өтетіндіктен тиімділікке әсер ететін барлық факторды қамти алмайды. Әдетте практикалық тұрғыдан алынған тиімділік мәнін пайдаланады.

Термофорез. Ол - бөлшектердің қызған денелерден бөлінуі. Газ тәріздес фазалардың ондағы бірдей қызбаған аэрозол бөлшектер әсерінен пайда болады. Термофорез кезінде бөлшектер концентрациясы жоғарғы және төменгі температурада әр түрлі болады. Көбірек қызған газ молекулаларынан үлкен жылдамдықпен аз өызған бөлшектерге қарағанда термофоретикалық күштер пайда болады. Осылайша бөлшектерге температураның төмен жағына бағытталған әсер береді.

Термофорез өндірістік мақсатта қолданылмайды, зерттеу кезінде қолданылатын кездері болады. Бірақ термофорез әсерін біз байқаймыз. Орталық жылу қондырғыларының сыртқы қаббатына қарсы тозаңдар отыруы осының әсерінен болады. Ысыған газ бен жылу қазандықтары қабырғалары және жылу алмасу қондырғыларына тозаңдардың қармаланбағына жақсы. Пайда болған тозаң қабаты жылу өткізбейді, ол қондырғылардың техникалық жылу өткізгіштік жағдайының нашарлануына әкеліп соғады.

термофоретикалық күш бөлшектерге әсер еткенде

, (4.32)

формуласы бойынша беріледі. Мұндағы - газдардың абсолютті қысымы, Па; - газ температурасының градиенті, К/м.

Термофорез кезіндегі бөлшектер жылдамдығы жоғарыда көрсетілген жағдайларда тең болады.

, (4.33)

Мұндағы - сейілген газ молекула бөлшектерінің үлесі; бұрыс пішіндегі және өте тегіс беттегі(амоҚРты және сұйық) бөлшектер үшін ; механикалық жолмен пайда болған және өткір бұрышты бөлшектер үшін болады.

(4.33) формуладан коріп отырғанымыздай, термофорез кезінде бөлшектер жылдамдығының өлшемдеріне байланысты емес.

Егер термофоретикалық күшті оның қармалану параметріне сай көрсетсек, онда бұл күштің ортаның кедергісіндегі стокс күшіне қатынасы болады.

, (4.34)

Термофорездің жекелеген жағдайларда өрістеуі фотофорез болады. Ол денелердің бірқалыпты емес жарықтануынан, қызуынан жығады.

Диффузиофорез. Диффузиофорез - газ қоспалары құрылымының градиенті салдарынан болады. Ол булану мен желдету үрдісінде айқын сезіледі. Жоғарыдан тамшы тамғанда бу қоспасы градиенті пайда болады, бірақ будың жалпы қысымы тұрақты болуы тиіс. Сол кезде бу газ қоспаларының гидродинамикалық ағысы байқалады. Ол буланатын тамшы бетіне бағытталған және газ диффузиясының осы бетке бағытталған қозғалысын қамтамасыз етеді. Бұл гидродинамиканың Стефанов ағысы деп аталады. Ол бөлшектердің қармалануына недәуір әсер етеді.

Тозаң бөлшектерін бумен қармалау үрдісі жүреді, ол қоспаның ортасына, не суытылған бетке бағытталады. Шашыраған суға газбен жеткілікті араласпаған тамшыларға тозаң бөлшектері отырғанда су буы Стефанов ағысы кедергі келтіреді., ал керісінше болғанда тамшыларға тозаң бөлшектері жеткілікті қармаланады.

Кішірек бөлшектердің қармалану тиімділігі оның өлшемі кішірейсе де тұрақты келуі және бұл сәтте ағыста үлкен өлшемді тамшылар болғаны абзал. Екінші жағынан тамшылар үлкен болуы тиіс. Олардың шашырауына көп энергия жұмсалмайды және оларда қармалау үшін қарапайым тамшы аулағыштарды қолдануға болады.

Диффузиофорез газды гидроскопиялық бөлшектерден тазартқанда өте пайдалы немесе су буларын сорытып және жақсы еритін бөлшектер үшін тиімді келеді.

Бөлшектердің қармалануы үшін электр өрісін пайдалану. Егер табиғи магниттік қасиеттері жоқ қатты бөлшек электр қуатын q алғанда газдағы жылдамдығы электр өрісі Н болатын жерде күшінің әсеріне тап болады. Ол күш тура бұрышпен өрістің бағытына да, оның қозғалысы бағытына да бағытталады. Нәтижесінде бөлшек бұл әсердің ықпалымен біліктің айналасында айнала бастайды. Айналу бөлшек арқылы және магнит өрісіне параллель өтеді. Айналым арқасында күш нәтижесі үздіксіз ауысып отырады да, бөлшек стираль тәріздес болып көрінеді.

Магнит өрісін сипаттайтын тендеу (ваккумда) былай болады:

, (4.35)

Мұнда - ваккумның абсолютті магнит өткізгіштігі (

R- бөлшектің айналу радиусы, м.

Стокс заның қолданғанда бөлшектің магнит өрісіндегі ақырғы жылдамдығы

, (4.36)

формуласы бойынша анықталады.

Мұндағы -салыстырмалы магнит өткізгіштік; - судың динамикалық тығыздығы, Па с.

Жоғарыдағы формулаға сәйкес, магнит өрісіндегі бөлшектердің жылдамдығы газ жылдамдығына пропорционал келеді. Газдың жылдамдығы үлкен кезде бөлшек газ ағымынан бөлініп кетуі әбден мүмкін.

Магниттік қасиеттері бар бөлшектер магнит өрісінде магнит өрісінің сызықтық күштеріне сәйкес құрылуға түседі. Бұл жағдайда қозғалыстың есебі барынша күрделі келеді. Магнит өрісінің геометриясы мен газ ағымы геометриясын және магнит полюстерінің салыстырмалы жағдайын есептеуіміз керек. Барлық жағдайда бөлшек жақын полюске қарай қозғалады және нәтижесінде өзге әсерлі бөлшектерден үлкен агломерат жасап қақтығысқа түсуі мүмкін. Бұл тәсіл ферромагниттік бөлшектерді қармалау үрдісінде қолданылады.

Тұнудың түрлі механизмдері әсерінің көмескі тиімділігі. Аэрозоль бөлшектерін қармалау тозаңтұтқыштарда бір мезгілде қармалаудың бірнеше механизмде әсерінен болады. Аппараттағы бөлшектерді қармалаудың жалпы тиімділігі параметрлерінің өлшемсіз функциялары мен Рейнольдс (Re) критериі арқылы ортаның қозғалыстық қасиетін айқындау үстінде көрінеді.

, (4.37)

Мұндағы G, , St, D, К_Е седиментация, ортаға тартқыш күші, инерция, жанасу, диффузия және электр күші әсерінен бөлшектердің өлшемсіз шөгу параметрлері.

Бір немесе бірнеше тұну механизмдері үшін эмпирикалық формулалардың қатары берілген. Мысалға, инерция, диффузия және жанасу механизмдері үшін келесі формула есептелді:

, (4.38)

Жеке механизмдер бір бірімен байланыста болғандықтан жалпы тиімділікті соммалы түрде көрсетуге болмайды

Бір механизммен ұсталмаған бөлшектер басқа механизммен ұсталатындықтан ең жақын тиімділік көрсетеді. Бұл жағдайда жалпы тиімділік

(4.39)

Егер бөлшекті ұстау кезінде бір немесе екі механизм маңыздырақ болса, бұл жағдайда тұну механизмдері бойынша көлемін есептеу керек. Басқа механизмдер бұл кезде қосымша роль атқарады, сондықтан оны есептемеуге болады.

Егер сәйкесінше тұну параметрі -ден кіші болса және де тізбек көлемі 1 болса, тұну тиімділігі кез келген механизм кезінде көлемсіз.

Газ ағымының сұйықтықпен әрекеттесуі кезіндегі шаң бөлшектерінің тұну ерекшеліктері. Газ ағынымен сұйықтықтың әректтесуі кезінде бөлшектердің тұнуы тамшыда, газ сәулесінде, сұйықтықтың бетінде орындалуы мүмкін.

Бөлшектерді тамшы арқылы ұстап қалу бөлшектер мен тамшының әр түрлі жылдамдығына негізделген кинематикалық коагуляциясына негізделген. Үш негізгі ұстап қалу әдісін көрсетуге болады:

1. Қалыпты режим: аэрозоль аз жылдамдықпен қозғалады, тамшы ауырлық күші нәтижесінде түседі;

2. Орташа режим: аэрозоль ламинарлы немесе азтурбулентті жылдамдықпен қозғалады, тамшылар седиментация жылдамдығынан асатын жылдамдыққа ие;

3. Динамикалық режим: аэрозоль жылдамдығы турбулентті жылдамдық, тамшылар (немесе тамшыға бөлінбеген жай ғана сұйықтық) ағынға түсіп сұйықтық пен аэрозоль бөлшектерімен әрекеттесетін турбулентті пульсацияға түседі.

Тұну үрдісі барлық жағдайда барлық механизмдер қимылы арқылы жүзеге асады. Алайда олардың тоңазтұтқыш жұмысының тиімділігіне әсері бірдей емес. Бұл ретте тамшылар қатты шарлар түрінде есептеледі. Басым тиімділік үдеу күшіне беріледі. Тозаңдардың үдеу арқылы қармалану тиімділігі Стокс критерийіне тәуелді. Үдеу күшінің әсері диаметрі 1мкм-нен жоғары келген бөлшектер қатынасына негізделген.

Шар тәрізді әсерлі d_б өлшемді бөлшектер қалыпты жағдайдағы үдеулерінің тиімділігі тамшылардың тұнуы кездегі үрдісінде (4.40) болып келетін теңдеуге тәуелді

, (4.40)

Мұндағы, d_k – тамшы диаметрі, м.

Динамкалық жағдайда сұйықтың берілу тәсілін есептеу арқылы таңдайды. Сұйықтық өзінің бастапқы жағдайынан энергия мен ағыс әсерінен тамшыларға бөлінеді. Мұнда екі фактор аса маңызды: ағыс жылдамдағы және суландыру. Шағын түрде суландыру мәнін салыстырғанда (0,1-1,0 л/м³) және 0,1St1,0 тамшылардағы тиімділкті Ленгмюр мен Блоджет формуласы бойынша анықтауға болады:

, (4.41)

Тамшылап суландыруды 1,5-2,0 л/м³ және St=1,0170 болғанда мына формуламен қолдануға болады

, (4.42)

Үдеу арқылы қармаланудан басқа тамшыларды электростатикалық күштер әсерінен диффузиялық қармалану болуы да мүмкін. Бірақ олардың үдеулі қармаланумен салыстырғандағы мәні төмен, ал 0,2 мкм-нен үлкен бөлшектерде оны есепке алмаса да болады.

Тамшылардың көпіршіктерінің сұйық қабаты арқылы қозғалысында (барботаж) олардың ішінде газ әсері болады. Қарапайым түрде оны көпіршіктердің шар тәріздес пішінде болуынан деп түсінеміз. Газдың d_n көпіршігінің өлшемі бар болатын үстінде 2.0-ден 20 мм аралығында болады. Көпіршіктердің саны көп болуы сұйықтықтық көбікке айналуына әкеп соғады. Көбік қабатының жерге түсу қасиеті сақталуына оның тұрақты болуы әсер етеді. Көбік қабаты бұзылуы үш түрлі жағдайда болуы мүмкін.:

1. Газ қозғалысы жылдамдығы қалыпты жағдайдан да төмендегенде (әр түрлі қондырғылар үшін ол да әр қилы болады);

2. Газ жылдамдығының мәні жоғарылағанда. Ол кезде газ бен сұйықтықтың қондырғыдан көп бөлінуі жүреді; көбік қабаты бұл кезде бұзылады;

3. Көбіктің қондырғының қиысуының бір жағына аууы (соңғысы газ ағымының біркелкі болмауы мен көбік пайда болатын тордың жазық болмауы немесе өзге де себептерден).

Қалыпты жағдайда көбінесе бөлшектердің қармалануы торы механизм жұмысы әсерінен болады: орталықтан шығатын күш, үдеу, гравитация мен диффузия. Бөлшек өлшемі өскен сайын алғашқы үшеуінің жұмыс мәні артып, диффузия мәні кішірейеді. Сондықтан, тіпті өте кіші бөлшектердің (1мкм) диффузиялық қармалану коэффициенті төмен (жоғарғы мәні 10^-2).

Үдеу арқылы қармалану деңгейі теория бойынша мына формуламен айқындалады,

, (4.43)

Мұндағы, _n - газ көпіршігінің көтерілу жылдамдығы, м/с. _p - бөлшектің релакция уақыты, берілген фракция бойынша, с.

Гравитациялық қармалану деңгейі:

, (4.44)

(4.43) және (4.44) формулалардан көріп отырғанымыздай көпіршік диаметрі көлемі азайғанда үдеулі және гравитациялық механизмдер параметрі көбейеді; соныдқтан көпіршік кішірек болғаны дұрыс. Осылайша газ бен сұйықтық көпіршікке айналса, онда уақ дисперс тозаңдарының қармалану деңгейі төмен. Ал өзге механизмдер арқылы тазарту деңгейін көтеру үшін көпіршіктер өлшемін кішірейту керек.

Қатты бөлшектер сұйықтық бетіне қармаланғанда қатты қабат бетінде не жұқа перде ретінде6 не белгілі көлем мен тереңдікте бөлшектердің қармалануы үшін қолайлы жағдайда болады. Екі жағдайда да үдеулі тиімділік басымырақ келеді.

Сұйықтық қалың бетімен бөлшектер қақтығысында үш түрлі нұсқаны бөліп көрсетуге тиіспіз:

1. Бөлшек беттен кері серпіледі, не қайта қақтығысады, не болмаса газ ағылымен бірге кетеді;

2. Бөлшек кері серпілмейді, қабаттың тереңіне де бойламайды немесе жоғарғы бетте қалады;

3. Бөлшек жоғарғы қабатты тесіп өтіп, оған тереңдеп енеді.

Тозаңды тұты кезінде үшінші нұсқа тиімді болады. Өйткені, алғашқысы нөлдік тиімділік берсе, екінсұйық бетінің ластануына әкеп соғады да, оның әрмен қарайғы жұмысына қиындық келтіреді. Сонымен қатар бөлшектің сұйықтыққа терең сіңгенде, оның бетіне қайта көтерілетінін де есте сақтау керек. Ол болғанда жүзеге асады.

Негізінен сұйықтыққа енген бөлшек мына теңдеумен сипатталады:

, (4.45)

Мұндағы, Re₀ - қозғалыстың бастапқы кезіндегі Рейнольдс критерийі; l_б -сұйықтың ішінде бөлшек қозғалысы жолымен ұзақтығы,м.

Бөлшектің сұйықтығы үдеу арқылы жүрген жолы (реалакцияға дейін) орта есеппен алғанда өте көп емес және сұйыққа батудың жылдамдығы мен бөлшек өлшеміне тәуелді; бірнеше микроннан бастап, 1-2 мм-ге жетеді. Бөлшектердің газ ағымымен бірге жұқа қабыққа тигеннен кейін қайта кетуін болдырмау үшін, перде жұқалығы 0,2-0,3мм-ден аспауын ескеру қажет. Газ тізбесі олардың жоғарғы жылдамдығы кезінде пайда болады. Олар көбінесе түйімімді не тіреулі тәрелке немесе торлар қойылған қондырғыларда кезігеді. Бұндай жағдайда газ ағысы жылдамдығы жоғары болады. Олар тәрелке тесіктері арқылы оның бетіндегі сұйықтыққа өтеді. Тесіктерде жиналған газ жылдамдығы 180м/с –ке жетеді. Бұл кезде Стокс критерийі мәні жоғары, қармаланудың негізгі механизмі-үдемелі. Өлшемі 0,32 болғанда Стокс критерийі мәні қармалану жағдайында бірге жетеді.

Кеуекті материалдар арқылы сүзу. Аэрозольді сүзгіш бөліктер арқылы сүзгішпен өткізгенде ауа өтеді де аэрозоль бөлшектер сүзгіде қалады. Сүзу үрдісін көп қолданылатын сүзгіштерде ағымға көлденең орналасқан цилиндрге (сүзбе материал) жақын бөлшектер қозғалысы деп қабылдауға болады. Өзге сүзгіштер әсері есептелмейді. Ағысып құйып түріндегі қозғалыс деп есептейміз, ал бөлшектер цилиндр тәріздес бөлшектермен оның бетінде жанасқанда молекула аралық күштер әсерінен қармаланады. Цилиндр тәріздес сүзгіштердің ара қашықтығы бөлшектердің өлшемдерімен салыстырғанда (бөлшектер өлшемінен 5-10 есе үлкен) көлемді.

Тозаң сіңген ағымды кеуекті материалдар арқылы сүзу- өте күрделі үрдіс. Ол негізінен үдемелі түйісу, броун диффузиясы. Түйісу сияқты (4.6- сурет) тұрады.

Сурет 4.6 - Кеуекке бөлшектердің қармалану механизмі.

1- бөлшектер; 2- кеуек.

Сүзу кезінде тозаң бөлшектердің кеуекпен түйіскенде және сүзгіш материалдары жіптермен кезіккенде, сондай-ақ бөлшектердің кеуекке жабысуы үстінде қармалануына әсер етеді.

Ағым сүзгіштен өткенде газ сүзгіштерді өте үлкен бөлшектер үдеу күшінің әсерінен қозғалыстың түзу сызықты бағытын сақтап қалады және кеуекпен түйіскенде оған жабыса береді.

Ұсақ бөлшектер үдеуі аз болғандықтан газ ағымымен қосыла отырып кеуекті иеді. Ал өте ұсақ бөлшектер кеуектен өткенде броун қозғалысына түседі және кеуектің сыртқы қабатына жабысады. Тозаң бөлшектерінің кеуек талшықтарымен түйіскен кезінде үдеу әсерінен Стокс критерийі функциясына айналады:

, (4.46)

Мұндағы, d_б - цилиндр диаметрі (сүзгіш материалының талшығы), м.

St үлкен болған сайын бөлшектердің сүзгіш материал талшықтары мен түйісу саны да көбейеді.

Қармаланудың _ тиімділігі броун қозғалысы кезінде жекелеген талшықтар түйісумен есептегенде (ағым температурасы 100°С-ден төмен) жуықтап алынған. Мына формуламен айқындалады.

, (4.47)

Тозаңданған ағыс қозғалысында бірнеше талшық қабаттары кездесуі де мүмкін, ол қармаланудың жалпы тиімділігін арттыра түседі.

Талшықтарда бөлшектердің қармалануының фракциялық және жалпы тиімділігі жоғарыда айтылған механизмдер арқылы жүзеге асуы 4.7. суретте графикалық түрде кескінделген. Онда 0,5 мкм өлшемді бөлшектердің қармалануы диффузиялық механизм арқылы іске асатын бейнеленген. Ал 0,5 мкм өлшемді бөлшектерге үдемелі механизм арқылы қармалану тиімді келеді.

Сүзгіштен өткізу үрдісіне электр күштері белгілі әсер тигізе алады. Ол жүн қоспасы мен синтетикалық материалдар себілетін диэлектр материал пайдаланған және сүзгіш кеуекті диэлектрлік материалдарды қолданған кезде қолайлы.

Электр күшінің тиімділік әсері 4.48 формуласымен сипатталады.

, (4.48)

Барлық үш механизмнің де ортақ белгісі бар: тазарту тиімділігі талшықтардың диаметріне кері пропорционал болады. Осылайша, қармаланудың өте тиімді өтуі үшін сүзгіш материал жұқа (10-20мкм ), кейде өте жұқа (2-5мкм) талшықтардан дайындалады.

Суреттелген сүзгіштер механизмі өндірістік торларды қолданылады. Ол таза сүзу бөлігі арқылы өткізу кезінде алғашқы кезеңінде ғана қолайлы. Бөлшектердің сүзгіш материалға қармалануы кезінде өткізу өлшемі кішірейеді және тозаң қабаты пайда болады. Ол тозаң отырмаған сүзгіш материалына қарағанда аз келеді- тозаңнан тұратын «көпір- сызықтар» пайда болады. (4.8- сурет). Сүзу кезіндегі тозаң қабаттары қармаланған сүзгіш қабаты жұмыс қабаты болып табылады. Ол тазалаудың тиімділігін де анықтайды. Сүзгіш материалдағы субмикрон бөлшектер диаметрі 03-0,5мкм 10-20% болғанда қармалану тиімділігі артады. Ол бөлшектер тозаң қабаты пайда болған соң матаның беттік қабатында 90% тиімділікпен қармаланады.

Сурет 4.7 - тазалау тиімділігінің бөлшектер диаметріне тәуелділігі. 1- диффузия механизмі үшін; 2- үдемелі және ілу механизмдері үшін; 3- тазалаудың жалпы тиімділігі

Сурет 4.8 - Талшықтарда тозаң қабатының пайда болуы.

Тозаң жиналғанда гидравликалық кедергі күшейе түседі, сүзгіштің өткізгіштігі артады. Кедергінің белгілі бір мәніне жеткенде тозаңды тазалап отырады. Бұл үрдісті сүзгіштің регенерациясы деп атайды.

Келтірілген тәуелділік негізінен сүзгішке тозаң қармалануының сапалы суретін береді және үрдіске әсерін тигізетін негізгі факторларды айқындайды. Шын мәнінде сүзгіштерге тозаң бөлшектерінің тұтылуы бөлшектер коагуляциясы және қабаттарының өткізгіштігімен қатар жүреді; сондықтан сүзгіштер тиімділігі жоғарылайды. Сүзу үрдісінің қиындығына орай сүзу параметріне әсерін тигізетін барлық факторлары анықтау қиынға түседі. Әдетте тазалау тиімділігі мен сүзгіштің гидравликалық кедергісін анықтау үстінде экспериментальды зерттеулер негізінде алынған жалпы нәтижелерге сүйенеміз.