Термофорез

Это отталкивание частиц нагретыми телами. Вызывается силами, действующими со стороны газообразной фазы на находящиеся в ней неравномерно нагретые частицы. Механизм зависит от соотношения размера частицы и средней длины свободного пробела газовых молекул (l). При d_ч частицы d_ч << ℓ значительно меньше l термофоритическая сила пропорциональна квадрату диаметра частиц и не зависит от давления. При этом скорость движения частицы под действие этой силы не зависит от размера частиц и мало зависит от их свойств. Параметр осаждения за счет термофоритической силы определяется как отношение этой силы к Стоксовой силе сопротивления среды. Практическое применение термофореза в основном ограничивается исследованием аэрозолей. Для них это явление называется термопреципитация. Она играет существенную роль при улавливании частиц из горячих газов, при прохождении их через холодные насадки. Даже при разнице температур в 50С можно получить температурный градиент 1000 калорий/см и получить осаждение примерно 99% частиц размером от 0,1 мкм приt=500C и глубине насадки 230 мм.

Если размер частиц больше 1 мкм, отношение конечной скорости процесса к температурному градиенту увеличивается с температурой. Для частиц размером меньше 1 мкм – уменьшается.

Замечание: побочно отрицательный эффект возникает, когда твердые частицы, оседающие из горячих газов на холодных стенках котлов и теплообменников, образует слой с низкой теплопроводностью. Это приводит к снижению эффекта теплопередачи.

Диффузиофорез.

Это движение частиц вызывается градиентом концентрации компонентов газовой смеси. Проявляется в процессах испарения и конденсации. При испарении с поверхности капли (или пленки жидкости) возникает градиент концентрации пара. Однако общее давление пара должно оставаться постоянным, поэтому возникает гидродинамическое течение пара газовой смеси, направленной перпендикулярно к поверхности капли. Оно компенсирует диффузию газа к этой поверхности. Это гидродинамическое течение называется стефановским. Оно оказывает влияние (существенное) на осаждение частиц. При улавливании частиц распыленной водой, при недонасыщении газа водяным паром оно препятствует, а перенасыщении – способствует осаждению частиц из газа на каплях. При расчете этого процесса оценивают параметр осаждения за счет диффузиофореза (Д_Ф) и скорость осаждения на сферической капле. Для малых частиц эффективность захвата каплями с уменьшением размера частиц остается постоянной, желательно иметь в потоке капли возможно мелкого размера, однако на мелкой распыление тратится много электроэнергии. Для осаждения за счет этого механизма можно использовать простейшие каплеуловители.

Осаждение частиц в турбулентном потоке.

Оно очень важно, так как в пылеулавливающих аппаратах обычно наблюдается турбулентное течение газового потока. Практически полное увлечение частиц пульсациями происходит при диаметрах ,то есть плотностью 1000 кг/м. Частицы размером 1 мм не участвуют в пульсациях среды. При турбулентности характерным критерием Рейнольдса^у в прямоугольном канале коэффициент турбулентной диффузии становится постоянным. Характерная для данного потока скорость турбулентных пульсаций зависит от турбулентности и от шероховатости поверхности. И рассчитывается экспериментально. При турбулентном течении важную роль играет пограничный слой.

Скорости турбулентной пульсации возрастают, диаметры вихрей убывают, а перпендикулярные к стенке мелкомасштабные пульсации уже возникают на расстоянии нескольких микрометров. Поэтому вблизи стенок действуют значительные инерционные силы, способствующие осаждению. Инерционные осаждения в турбулентном потоке помимо стенок происходят и при обтекании газом тел, установленных или движущихся навстречу потоку. Осаждение происходит и на наветренной, и на подветренной стороне тела. Иногда на подветренной стороне осаждение даже больше. Это происходит при достаточно высокой скорости частиц вихря и не слишком быстром удалении частиц от обтекаемого тела.