5. Диффузионное осаждение

Частицы малых размеров подвержены воздействию броуновского (теплового) движения молекул, в результате которого возможно осаж- дение этих частиц на поверхности обтекаемых тел или стенок аппарата (рис.3.1 д).

Перемещение частиц в этом случае описывается уравнением Эйнштейна, согласно которому средний квадрат смещения частицы

^ X ^{составляет:}

2

^ X ^{ 2 Д}_ч^T_ч ^,

где Д_ч- коэффициент диффузии частицы, характеризующий интенсивность броуновского движения, м²/c.

При справедливости закона Стокса, когда размер частиц больше среднего пути пробега молекул, Д_ч можно выразить как функцию раз- мера частиц:

Д_ч 

С_k К_БТ_{г ,}

2

г^dч

где К_Б - постоянная Больцмана, равная 1,3810^-23 Дж/К.

Для воздуха при Р=760 мм рт.ст. и Т=273 ^оС:

Размер частиц, мкм	10	1.0	0.1
Коэффициент диффузии, м2/с	210-12	2,710-11	6,110-10

Как видно, Д_ч увеличивается с уменьшением размера частиц. Од- нако скорость диффузии даже субмикронных частиц весьма мала по сравнению со скоростью молекул газов, поскольку коэффициент диф- фузии частиц на несколько порядков меньше. Анализ уравнений пока- зывает, что эффективность диффузионного осаждения обратно про- порциональна размерам частиц и скорости газового потока.

6. Осаждение под действием электрических зарядов

Электрическая зарядка частиц может быть осуществлена тремя путями: при генерации аэрозоля, за счет диффузии свободных ионов и при коронном разряде. При применении первых двух способов число

частиц, получивших положительные и отрицательные заряды, прибли- зительно одинаково. Коронный разряд, наоборот, приводит к зарядке частиц одним знаком (рис.3.1 е). Зарядка частиц при коронном разряде осуществляется по двум механизмам: воздействием электрического поля (частицы бомбардируются ионами, движущимися в направлении силовых линий поля) и диффузии ионов. Первый механизм доминиру- ет при размерах частиц более 0,5 мкм, второй - при размерах частиц менее 0,2 мкм. Для частиц диаметром 0,2 – 0,5 мкм эффективны оба механизма, причем минимальная скорость зарядки наблюдается для частиц размером около 0,3 мкм.

Величина заряда q (Кл), приобретаемого под действием электри- ческого поля (I механизм) может быть рассчитана:

ч о

q  3d ² E,

где _о - диэлектрическая проницаемость, _о = 8,8510^-12 ф/м; Е - напряженность электрического поля коронного разряда, В/м.

Величина заряда при II (диффузионном) механизме для обычно

ч

q  10⁸ d e,

встречающихся на практике условий.

где e - величина заряда электрона, Кл, e = 1,610^-19.

ч

Таким образом, максимальная величина q для частиц диаметром более 0,5 мкм ~ d ² , для частиц диаметром менее 0,2 мкм ~ d_ч.

Электростатическая сила F_E (кулоновская сила), действующая на заряженную частицу в электрическом поле напряженностью E:

F_E =qE.

В области применения закона Стокса V_ч можно рассчитать, при- равнивая F_E стоксовой силе F_c:

_V qEC_{k .}

^{ч } 2

г^dч

На методе электрического осаждения частиц основана работа электрофильтров.

Кроме того, электрические силы могут оказывать влияние на осаждение частиц и в мокрых ПУ, где наблюдаются различные элек- трические силы.