Задача 3.3.4

В круглую трубу со скоростью и = 0, 8 м/с входит аэрозольный поток, со­держащий частицы зарядом q = 3 10^-14Кл. Плотность материала частиц р = 2, 5 г/см³, их входная массовая концентрация составляет Zo = 20 г/м³.

Определить радиус частиц, если на длине трубы L = 1 м их концентрация в результате электростатического рассеяния уменьшается в 4 раза.

Влияние концентрации аэрозольных частиц на характери­стики коронного разряда

При больших концентрациях аэрозольных частиц, находящихся в поле коронного разряда, их объемный заряд может достигать значения, сравнимого или даже большего объемного заряда ионов.

В этом случае система уравнений, описывающая процессы в межэлектродномпромежутке, может быть представлена в виде:

(3.49)

где - плотность объемного заряда ионов; р_ч — плотность объемного заряда аэрозольных частиц; j_i - плотность тока ионов; j_Ч — плотность тока, обусловленная движением заряженных аэрозольных частиц; и - средняя скорость движения газовой среды.

Так как подвижность ионов гораздо больше подвижности заряженных аэрозольных частиц (k» Bq), то ток, в основном, определяется ионной составляющей. А суммарный объемный заряд в заполненном аэрозолем разряд­ном промежутке в большинстве случаев оказывается большим ионного объем­ного заряда в чистом воздухе. Этот объемный заряд ослабляет поле у коронирующего электрода и усиливает у осадительного электрода. Ослабление поля у коронирующего электрода ведет к значительному уменьшению тока короны.

Это явление - уменьшение тока коронного разряда - называется запира­нием тока короны. При этом, как следствие, ухудшается зарядка частиц.

Таким образом, в общем случае присутствие в промежутке заряженных аэрозольных частиц приводит к уменьшению тока коронного разряда и к пере­распределению поля.

В присутствии заряженных аэрозольных частиц в промежутке следует выделить два характерных случая их движения в нем:

1) движение аэрозольных частиц по силовым линиям электрического поля. Этот случай близок к условиям при нанесении порошковых покрытий в электрическом поле;

2) движение заряженных аэрозольных частиц поперек силовых линий. Этот случай реализуется в электрофильтрах.

В первом случае, когда заряженные частицы движутся по силовым линиям поля, объемный заряд частиц не влияет на распределение электрического поля в промежутке. При наличии объемного заряда аэрозоля устанавливается такой ток, чтобы суммарный объемный заряд частиц и ионов был равен плот­ности зарядов ионов в отсутствие аэрозоля. Полный ток тогда будет равен

(3.50)

где Iq - ток коронного разряда в чистом воздухе; - ионная составляющая полного тока; к - подвижность ионов; В — подвижность аэрозольных частиц; Q - количество частиц, вылетающих из распылителя в единицу времени.

При учете массового расхода материала эта формула выглядит как

(3.51)

где Р - массовый расход материала; т - масса аэрозольной частицы.

Для того, чтобы концентрация частиц аэрозоля незначительно влияла на интенсивность зарядки частиц, необходимо чтобы /Io ~ 1.

Во втором случае, когда аэрозольные частицы движутся поперек силовых линий электрического поля, объемный заряд в промежутке распределяется почти равномерно: p_r = const. Это связано с тем, что, например, в электро­фильтрах наблюдается турбулентное перемешивание газоаэрозольной среды.

В этом случае для учета влияния присутствия заря­женных аэрозольных частиц на процессы в промежутке используется параметр D, который является отношением напряженности электрического поля от объемного заряда частиц P_rL/ ₀ к средней напряженности внешнего элек­трического поля в промежутке E_ср:

(3.52)

где L - длина силовой линии.

В случае запирания коронного разряда этот параметр будет равен

(3.53)

Параметр, характеризующий запирание коронного разряда, зависит от конфигурации электродов и приложенного напряжения.

В случае электродной системы «коаксиальные цилиндры»

, (3.54)

где U*=U/Uo; Uo- начальное напряжение.

 

В случае электродной системы «ряд прово­дов между плоскостями»

(3.55)

Для «коаксиальных цилиндров» и «ряда проводов между плоскостями» была получена следующая зависимость влияния концентрации заряженных аэрозольных частиц на ток коронного разряда в промежутке:

(3.56)

где D=D/ D_зап.

Выразим параметр D через практические параметры и учтем полидисперсный характер аэрозоля:

(3.57)

где - степень недозарядки аэрозольных частиц; р - плотность мате­риала частицы; z - массовая концентрация аэрозольных частиц в объеме; а_В.М - весовой медианный радиус аэрозольных частиц; а_а - параметр логнормального распределения аэрозольных частиц по размерам.

Параметр а_а определяется по формуле:

(3.58)

где а_ср - средний размер частиц; - средний квадратический разброс.

Формула (3.11) является приближенной, так как заряд частиц находится по теории ударной зарядки и не учитывает диффузионную составляющую.