Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория процессов и аппаратов очистки газов. Учебно-методическое пособие
.pdf
Для поля коаксиальных цилиндров этой напряженности соответст-
вует напряжение на коронирующем электроде:
U
= 16,2 ⋅ 10
= E0r0ℓn (R / r0) = 7 ⋅ 106 ⋅ 0,5 ⋅ 10–3ℓn 0,05 / (0,5 ⋅ 10–3) =
0
3
(B) = 16,2 кВ.
Линейная зависимость плотности тока J, А / м, на 1 м длины ко-
ронирующего провода от напряжения U, В, или так называемое уравнение ВАХ для коаксиальных цилиндров, имеет вид
J = bGU(U – U
где G = 2πε
/ R2ℓn(R / r0)[(4 + 0,11ℓn(R / r0)].
0
),
0
Для данного случая
G = 2 ⋅ 3,14 ⋅ 8,85 ⋅ 10
/ 0,05
2
ℓn(0,05 / 0,5 ⋅ 10–3) = 2,46 ⋅ 10–8.
Напряженность поля Е
–12
[4 + 0,11(0,05 / 0,5 ⋅ 10–3)
, В / м, в межэлектродном промежутке
х
0,5
] /
принимает значение в соответствии с уравнением
Е
= [2J / 4πε0b + (E0r0 / x)2]
x
где x меняется от R до r
.
0
0,5
,
За исключением небольшой зоны, прилегающей к коронирующему электроду, поле межэлектродного промежутка однородно. Для
этой части поля напряженность можно рассчитать по формуле
0,5
b]
Е = [2J / 4πε
.
0
Используя это упрощение, с помощью уравнения ВАХ можно получить зависимость E = f(U), а из нее искомую величину напряжения
U, В:
E = [2bGU(U – U
= [2 ⋅ 2,46 ⋅ 10
= [442,4U(U – U
–8
U(U – U0) / 4 ⋅ 3,14 ⋅ 8,85 ⋅ 10
0,5
)]
0
) / 4πε0b]
0
= 21[U(U – U0)]
0,5
=
–12]0,5
0,5
=
.
По условию задачи, для U
= 16,2 ⋅ 103 В и E = 3 ⋅ 105 В / м полу-
0
чим:
U
отсюда U = 8,1 ± 0,5(16,2
2
– 16,2 ⋅ 103U = (E / 21)2 = (300 ⋅ 103 / 21)2 = 204 ⋅ 106,
2
+ 4 ⋅ 204)
0,5
= 8,1 ± 16,4 = 24,5 (кВ).
2. Какова скорость установившегося движения заряженной сферической частицы кварца, находящейся в середине межэлектродного
промежутка электрофильтра, если средняя напряженность поля этого
51
промежутка Е = 3000 кВ / м, радиус частицы r = 5 мкм, вязкость воздуха μ = 18 ⋅ 10
–6
Па ⋅ с?
Решение. В связи с тем что размер частицы достаточно большой, в
расчете скорости можно не учитывать диффузионную зарядку частиц. Относительная диэлектрическая проницаемость материала частицы ε = 4 (см. прил. 4). Установившуюся скорость рассчитаем по
формуле
V
= 2 ⋅ 8,85 ⋅ 10
–12
⋅ 4 ⋅ 5 ⋅ 10–6 ⋅ 9 ⋅ 1010 / 18 ⋅ 10–6 (4 + 2) = 0,295 (м / с).
= (2 / μ)ε0εE2r / (ε + 2) =
01
3. Используя данные примера 2, проверить, на сколько отличается
скорость мелких частиц радиусом r
радиусом r
= 5 мкм.
1
= 0,1 мкм от скорости крупных
2
Решение. Известно, что зарядка мелких частиц в электрическом
поле происходит в основном за счет диффузии ионов к поверхности
частиц. При этом следует учитывать поправку Канингема К
. При-
с
мем параметр диффузионной зарядки А = 9, данные о подвижности
(b
) и коэффициенте диффузии (D) ионов возьмем из таблиц (см.
i
прил. 6 и 8).
Установившуюся скорость частицы без учета ударного механизма
зарядки вычислим по формуле
V
= (2 ⋅ 8,85 ⋅ 10
× (1 + 0,76 ⋅ 6,5 ⋅ 10
Таким образом, скорость частицы r
меньше скорости частицы r
= 2 / 3ε0DiAEKc / μbi =
02
–12
⋅ 3 ⋅ 105 ⋅ 9 ⋅ 10–5 / 3 ⋅ 10–6 ⋅ 18 ⋅ 2 ⋅ 10–4) ×
–2
/ 0,1) = 0,066 (м / с).
= 0,1 мкм примерно в 45 раз
2
= 5 мкм.
1
Задачи для самостоятельного решения
1. Плоскопараллельное электрическое поле образовано коаксиальными цилиндрами. На внутренний – коронирующий – электрод
подано напряжение U, кВ. Наружный цилиндр заземлен. Радиус
внутреннего электрода r
, мм, наружного – R, мм. Определить на-
0
пряженность поля вблизи наружного цилиндра. Исходные данные
приведены в таблице.
Вариант
1 2 3 4 5 6 7
U 40 40 45 45 50 50 55
r0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
R 50 55 60 65 70 75 80
52
Окончание таблицы
Вариант 8 9 10 11 12 13 14
U 55 60 60 65 65 70 70
r0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,4 0,5 0,5
R 85 80 75 70 65 60 50
2. Для очистки газа применен трубчатый электрофильтр. Внут-
ренний радиус трубы R, мм, радиус коронирующего провода r
, мм.
0
На коронирующий провод подано напряжение U, кВ. Определить
величины напряженности Е, кВ / м, в точках X
= 0,1R и X2 = 0,9R.
1
Исходные данные приведены в таблице.
Вариант 1 2 3 4 5 6 7
U 40 45 40 45 50 55 50
r0 0,5 0,4 0,7 0,6 0,9 0,8 1,0
R 50 55 60 65 70 75 80
Вариант 8 9 10 11 12 13 14
U 55 60 65 60 65 60 70
r0 0,9 0,7 0,8 70 0,6 0,4 0,7
R 85 80 75 70 65 60 50
3. Сферические диэлектрические частицы радиусом r, мкм, попадают в трубчатый электрофильтр с напряженностью поля коронного
разряда Е, кВ / м. Считая поле однородным, определить время, за
которое частицы приобретут максимальный заряд, и установившуюся скорость дрейфа частиц к осадительному электроду. Температура
воздуха 20 °С. Исходные данные приведены в таблице.
Вариант 1 2 3 4 5 6 7
ε 4 4 6 6 7 7 18
r 2 3 4 5 2 3 4
Е 300 350 400 300 350 400 350
Вариант 8 9 10 11 12 13 14
ε 18 18 18 7 7 6 4
r 5 2 3 4 5 5 4
Е 300 350 400 450 400 350 300
4. Аэрозоль, содержащий субмикронные частицы размером r,
мкм, поступает в поле коронного разряда с постоянной напряженно-
53
стью Е, кВ / м. Дисперсионная среда – диоксид углерода при температуре Т, К. Параметр диффузионной зарядки частиц А. Установить,
какова скорость дрейфа частиц к осадительному электроду. Исходные данные приведены в таблице.
Вариант 1 2 3 4 5 6 7
Е 300 350 400 300 350 400 350
Т 300 400 500 300 400 500 300
r 0,1 0,05 0,05 0,08 0,08 0,08 0,1
А 9 9,5 8,5 8 7,5 7 7,5
Вариант 8 9 10 11 12 13 14
Е 300 350 400 450 400 350 300
Т 400 500 300 400 500 300 400
r 0,01 0,05 0,05 0,1 0,05 0,08 0,08
А 7 8 8,5 9 9,5 9 8,5
Задание по исследованию движения частиц
в электрическом поле
*
В качестве элемента электрофильтра, в котором происходит зарядка и осаждение частиц, взят параллелепипед размерами Н × а × L.
Система координат находится в точке 0, и ее оси расположены по
направлению сторон элемента: X (0 – L), Y (0 – a), Z (0 – H). На частицу действуют три силы: сила тяжести – по оси Z, сила трения,
увлекающая частицу по направлению вектора скорости газа, – по оси X
и сила электрического поля, направленная вдоль вектора напряженности поля, – по оси Y. Исследование предлагается вести в пределах
данного объема размерами: Н = 4 м, а = 150...200 мм и L = 2,5...4 м.
Длина электрического поля L, м, на которой осаждается частица
радиусом r, пройдя
межэлектродный промежуток шириной а при
средней скорости газа u, определяется по формуле L = (u / V)a, м, где
V – скорость дрейфа частицы в неподвижном газе. Эта скорость определяется в процессе моделирования. Процесс исследования осуществляется в диалоговом режиме, в соответствии с программой.
В результате исследования необходимо определить:
*
Исследование проводится с помощью программы расчета движения
частиц, разработанной доц. И.А. Левицким, которая находится в компьютерном зале кафедры ТЭМП (файл electro.exe).
54
1) максимальную длину электрофильтра, на которой осядут все
частицы заданного диапазона размеров;
2) размеры осажденных частиц r, мкм (по их скорости дрейфа V, м / с),
при заданной геометрии межэлектродного промежутка (L, м, и а, мм)
и заданной средней скорости газа u, м / с.
Исходные данные приведены в таблице.
55
1...50 1...75 0,1...50 1...50 1...75 0,1...100
50 100 200 400 50 100 150
18 18 18 18 18 18 18
10...100 10...120 10...140 10...200 10...150 10...200 10...150
1,29 1,29 1,29 1,29 1,29 1,29 1,29
3
4 5 6 7 5 6 7
3
μ, Па ⋅ с
6
, кг/м
т
ρ
–3
Вариант 1 2 3 4 5 6 7
3
–3
Вариант 8 9 10 11 12 13 14
Плотность частиц 10
Плотность газа при н. у. ρ, кг/м
Вязкость газа при н. у. 10
Температура газа, Т, °С
Диапазон размеров частиц r, мкм 0,1...100
Скорость газа u, м / с 2 1,5 1 0,8 1,5 1,0 2
Напряженность электрического поля Е, кВ / м
18 18 18 18 18 18 18
200 200 20 50 100 200 400
10...100 10...150 10...200 10...100 10...120 10...140 10...200
1,29 1,29 1,29 1,29 1,29 1,29 1,29
3
5 4 3 4 5 6 7
μ, Па ⋅ с
6
, кг/м
т
ρ
Плотность частиц 10
Плотность газа при н. у. ρ, кг/м
Вязкость газа при н. у. 10
Температура газа Т, °С
Диапазон размеров частиц r, мкм 0,5...50 0,5...50 0,5...50 0,1...50 0,1...75 0,1...50 0,1...100
Скорость газа u, м / с 0,8 0,8 0,8 1,5 0,8 1 1,5
Напряженность электрического
поля Е, кВ / м
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
*
(Часть II)
1. Как влияют основные параметры АДС на процесс осаждения в
пористых фильтрах?
2. Перечислите основные причины снижения эффективности пы-
леулавливания в мокрых фильтрах.
3. Покажите на графике характер распределения скорости газа U,
скорости частиц V и концентрации частиц С в горизонтальных каналах.
4. В чем состоит принцип расчета эффективности улавливания
пыли волокнистым фильтром?
5. Как выглядит график (дать вертикальный разрез) распределения статического давления в циклоне?
6. От каких параметров зависит эффективность улавливания пыли
мокрыми аппаратами?
7. Покажите на графике характер распределения скорости газа U,
скорости частиц V и коэффициента диффузии частиц D
в вертикаль-
т
ном канале.
8. Дайте краткую характеристику механизмов осаждения частиц
на поверхности обтекаемых тел.
9. Какова величина вклада в суммарный заряд диффузионного и
ударного механизмов ионной зарядки частиц?
10. Что характеризует критический параметр Стокса Stk
?
кр
11. Что является количественной характеристикой смачивания
пылевых частиц?
12. Влияет ли на смачиваемость частиц их дисперсность?
13. Каковы были введены допущения при выводе формулы Дейча
для определения эффективности осаждения пыли в электрическом
поле?
14. Какие введены ограничения для применения формулы Стокса,
полученной для расчета силы сопротивления при обтекании сферы?
15. Зачем стремятся поднять
напряженность в межэлектродном
промежутке электрофильтра? К чему это приводит? Что ограничивает верхний уровень напряженности?
*
См. об этом: Белоусов В.В. Теоретические основы процессов газоочист-
ки: Учеб. для вузов. М.: Металлургия, 1988. С. 148–255.
57
16. От чего зависит эффективность пылеулавливания в скруббере
Вентури?
17. Каков параметр инерционного механизма осаждения частиц
при обтекании тел-препятствий?
18. От чего зависит эффективность пылеулавливания в форсуноч-
ном скруббере?
19. От чего зависит степень осаждения частиц в каналах?
20. Назовите причины снижения эффективности пылеулавливания
в скруббере Вентури.
21. От чего зависит эффективность пылеулавливания
в аппаратах
барботажного типа?
58
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Белоусов В.В. Теоретические основы процессов газоочистки:
Учеб. для вузов. М.: Металлургия, 1988. 256 с.
Очистка промышленных газов от пыли / В.Н. Ужов, А.Ю. Вальд-
берг, Б.И. Мягков, И.К. Решидов. М.: Химия, 1981. 392 с.
Сборник задач по теории горения / Под ред. В.В. Померанцева.
Л.: Энергоатомиздат, 1983. С. 20–24; 29–32.
59
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Основные физические свойства газов
Удельная
теплоем-
кость
при н. у. С,
кДж / (кг ⋅ К)
Сv 10
С
р
Вязкость при
н. у., μ, Па ⋅ с
константа
6
μ
0
*
С
Газ
Плотность
при н. у.
ρ
,
0
кг / м3
Относи-
тельная
молярная
масса М, кг /
кмоль
Азот 1,2507 28,02 1,04 0,745 17 114
Аммиак 1,771 17,03 2,24 1,67 9,18 626
Воздух 1,293 28,95 1,01 0,72 17,5 124
Водород 0,0898 2,016 1,24 1,01 8,42 73
Водяной пар 0,804 18,02 2,01 – 10,0 961
Гелий 0,1785 4,0 5,27 3,18 18,8 78
Диоксид азота 46,01 18,4 0,802 0,614 – –
Диоксид серы 2,92 64,7 0,631 0,501 11,7 396
Диоксид углерода 1,967 44,01 0,836 0,651 13,7 254
Кислород 1,429 32 0,911 0,651 20,3 131
Метан 0,717 16,04 2,22 1,67 10,3 162
Оксид углерода 1,250 28,01 1,05 0,735 16,6 100
Сероводород 1,539 34,08 1,06 0,801 11,6 Хлор 3,217 70,91 0,482 0,36 12,9 351
* С – константа, входящая в уравнение вязкости газа:
μ = μ0 [(273 + С ) / (Т + С)] (T / 273 )
Коэффициент поверхностного натяжения воды σ, Н / м
1,5
.
Приложение 2
Температура
t, °C
10
3
σ
Температура
t, °C
103 σ
Температура
t, °C
0 75,62 30 71,15 70 64,27
10 74,22 40 69,55 80 62,50
20 72,75 50 67,91 90 60,68
25 71,96 60 66,17 100 58,80
60
103 σ
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]