Влияние того или иного механизма на улавливание ЗВ определяется степенью инерционности потока, который, в свою очередь характеризуется критерием Стокса:

, (1)

где V_г – расчетная скорость движения газа, м/с;

d_ЗВ – средний диаметр частиц ЗВ, м (если ЗВ – газ, то принимаем за d_ЗВ значение средней длины свободного пробега молекул этого газа);

С_к – поправка Кенингема-Милликена;

μ_г – динамическая вязкость газа (воздуха), Па·с;

D – характерный линейный размер приемного отверстия местного отсоса (для точечного стока – эквивалентный диаметр, для линейного – удвоенная ширина).

Критерий Стокса Stk является единственным критерием подобия улавливания ЗВ за счет инерционного механизма.

Stk_крит определяет минимальное (критическое) значение, при котором инерция частиц ЗВ оказывается достаточной, чтобы достигнуть рабочей поверхности улавливания.

Поток считается инерционным, если Stk ≥ Stk_крит.

и безынерционным, если Stk < Stk_крит.

Величина Stk_крит=0,0417 – для точечного стока,

Stk_крит=0,0625 – для линейного стока.

Поправка Кенингема-Милликена:

, (2)

где λ – средняя длина свободного пробега газовых молекул, м

, (3)

где М_г – масса 1 кмоль газа, кг/моль;

R_г – универсальная газовая постоянная, Дж/кмоль·К, R=8,31 Дж/моль·К;

Т_г – абсолютная температура газа, К.

Инерционный механизм улавливания ЗВ проявляется в том случае, когда частицы, двигаясь в направлении местного отсоса вследствие большой инерции не изменяют свою траекторию и попадают на рабочую поверхность улавливания (Stk≥Stk_крит.). При этом эффективность пылегазоулавливания за счет инерционного механизма Е₁ для точечного стока может быть рассчитана по следующей зависимости:

, (4)

Таблица 1.

Результаты расчета е1

dЗВ, м	Ск	Stk	Е1,%

Расчеты показывают, что величина критерия Стокса, а, следовательно, Е₁, зависит как от физико-химических, так и от геометрических и кинематических параметров процесса улавливания. При l_h=D эффективность Е₁ не превышает 40-45%. Это объясняется слабой энергетикой всасывающего потока, которая уже на расстоянии, равном диаметру D приемного отверстия местного отсоса, характеризуется довольно низкой скоростью всасывания (5-7% от средней скорости в приемном отверстии). Поэтому уменьшение расстояния l_h приводит к увеличению эффективности Е₁. Так, при l_h=0,4D максимальная эффективность за счет инерционного механизма составляет 60-62,5%.

Проведенные расчеты скоростей всасывания в технологической зоне показывают, что в последней зачастую наблюдается ярко выраженное турбулентное движение газа. В силу этого характер влияния турбулентных пульсаций на поведение частиц представляет интерес для исследования процесса улавливания ЗВ.

Применительно к геометрическим особенностям рассматриваемой модели формула расчета эффективности улавливания частиц ЗВ при турбулентном течении газового потока Е₂ может быть записана следующим образом:

, (5)

где V_{ЗВ турб} – скорость попадания частиц ЗВ на рабочую поверхность улавливания под воздействием турбулентного механизма, м/с;

l_h – расстояние от поверхности источника ЗВ до приемного отверстия местного отсоса, м.

V_{ЗВ турб}=7,25·10^-4·V^*·К², (6)

где V^* – скорость турбулентных пульсаций, м/с;

К – корреляционный параметр:

, (7)

где τ_р – время релаксации частицы ЗВ, сек.

Скорость турбулентных пульсаций:

V^*=V_ЗВ/0,9 (8)

Время релаксации:

τ_р=|V_вит|/g, (9)

где |V_вит| - абсолютное значение скорости витания частицы ЗВ, м/с.

, (10)

Зависимость (6) верна до значения К=16,6, выше которого:

V_ЗВ=0,2V^* (11).

Для оценки эффективности улавливания ЗВ за счет турбулентного механизма Е₂ проводится численный анализ зависимости последней от размеров частиц ЗВ. Расчеты подтверждают известное из теории турбулентной коагуляции положение о том, что при турбулентном движении газового потока возможны два механизма улавливания (в нашем случае):

• механизм увлечения;

• механизм ускорения.

Первый реализуется при полном увлечении частиц ЗВ турбулентными пульсациями. Этот механизм преимущественно присущ для частиц размером (10-15)·10^-6 м, которые еще подвержены воздействию теплового движения и не достаточно инерционны, чтобы двигаться поступательно вдоль линии потоков (Е₂ возрастает). При d_ЗВ=(15-50)·10^-6м имеет мести переходная область от механизма увлечения к механизму ускорения (Е₂ практически не изменяется). Для d_ЗВ>50·10^-6м характерен механизм ускорения, когда частицы с увеличением размеров все меньше увлекаются турбулентными пульсациями, приобретая самостоятельность движения. При этом влияние турбулентных механизмов ослабевает (Е₂ уменьшается), уступая место инерционному механизму. Но в целом можно говорить о значимости турбулентного механизма улавливания для достаточно широкого спектра размеров частиц ЗВ. На Е₂ значительное влияние оказывает высота расположения приемного отверстия местного отсоса над источником ЗВ, которая косвенно определяет скорость всасывания на уровне источника ЗВ. При l_h=D Е₂ ≤ 60%, при l_h=0,4D Е₂ ≈ 90%.

Таблица 2.