Исследование эффективности зарядки аэрозольных частиц в мощном электрическом поле методами численного моделирования

26 июля 2010 - Администратор

Физика экстремальных состояний вещества: Сб. ст. ИПХФ  РАН. Черноголовка.2002 С. 177-179

Веремьев К.Н. , Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л.

НФ КубГТУ, Новороссийск,  vnk@avtec.ru

 

Полученное нами ранее в [1] уравнение определяющее количество незаряженных аэрозольных частиц может быть использовано для описания эффективности образования плазмы в потоке частиц. Для правильной оценки происходящих процессов, а также для оценки КПД пылеочистного устройства (электрофильтра) необходимо численное решение этого уравнения в реальных условиях. В отличии от имеющихся работ [2], оно позволяет удовлетворительно описать процессы зарядки частиц ионным током в мощном электрическом поле напряженностью до 1.5*105 В/м. Целью настоящей работы является численное моделирование уравнения для эффективности зарядки аэрозольных частиц, в газовом потоке.  Для решения этой задачи было выполнено численное решение уравнения для эффективности  зарядки  частиц ионным током в зависимости от дисперсного состава частиц, плотности тока и расстояния, пройденного этими частицами в электрическом поле.

Как следует из  уравнения (5) работы [1],     количество незаряженных частиц непрерывно убывает, что обусловлено образованием заряженных частиц   при

 где         Q0 начальное количество (масса) частиц, кг;

t  -    время нахождения дисперсной среды в пространстве заполненном зарядами, с;

   J –плотность ионного тока, а/м2;  

k – подвижность ионов, м2/В*с

w – скорость потока частиц, м/с.

E – напряженность электрического поля, В/м;

e - диэлектрическая постоянная вещества.

Кроме того под воздействием электростатических сил постоянно происходит осаждение заряженных частиц  на осадительный электрод. Таким образом , происходит два самостоятельных процесса, влияющих на количество заряженных частиц в активной зоне электрофильтра. Количество частиц заряжаемых (без учета осаждения заряженных частиц) будет равно:

           (1)

Скорость образования заряженных частиц получим  из уравнения (1):               (2) 

Скорость осаждения заряженных частиц, равномерно распределенных в пространстве между коронирующими и осадительными электродами, может быть определена как:

                  (3)

где                    Qзар – Количество заряженных частиц в межэлектродном пространстве, кг;

                          w1скорость движения заряженных частиц в направлении к осадительному электроду;

                          l расстояние между электродами.

,   здесь   m -динамическая  вязкость газа, н*с/м2.

Скорость изменения количества заряженных частиц в осадительном пространстве с учетом (2) и (3)  равна:

                         (4)

Интегрируя (4) при нулевых условиях, получим                                    (5)

       Уравнение (5) определяет количество заряженных частиц находящихся в электрофильтре.

На рис. 1,2 и 3 приведены графики количества заряженных частиц, в зависимости от активной длины электрофильтра и плотности тока коронного разряда При построении графиков были приняты следующие постоянные величины:

m=0.2*10-4   н*с/м2; l=0.15  м;w=1.5 м/с;   e=2*10-11a*c/B*м;  E=1.5*105 В/м; k=2*10-4 м2/В*с.

Скорость  зарядки частиц в электрофильтре может быть охарактеризована уравнением (5), по которому построены кривые (форм. Дейча) на рис.1,2,и3 (количество незаряженных частиц в функции от активной длины фильтра.

Изменение количества осажденных частиц (на осадительном электроде) с учетом скорости осаждения, определяемой уравнением (2), будет равно:

,

Общее количество уловленных частиц определится: ,

С учетом уравнения (9) получим:                                

Интегрируя это выражение получим:                                   (6)

Как известно, коэффициент полезного действия фильтра равен отношению уловленных частиц к начальному их количеству. Из уравнения (6) получим значение для коэффициента полезного действия (кпд) фильтра:

                   (7)

Уравнение (7) дает зависимость кпд фильтра от времени нахождения аэрозоля (воздушно смеси с частицами) в фильтре. Полное время фильтрации равно: ,  где L длина фильтра, м; w- скорость течения газа, м/с.

Тогда выражение для кпд фильтра примет вид:                                  (8)

где  

Выражение для кпд (8) позволит определить параметры оптимизации электропитания фильтра. Рассмотрим два частных случая определения кпд фильтра:

·  Скорость движения заряженных частиц бесконечно велика, при этом зарядившиеся частицы мгновенно осаждается на осадительный электрод. В этом случае будем иметь:                  (9)

·  Плотность ионного тока бесконечно велика. При этом, частицы попавшие в электрофильтр, заряжаются мгновенно. В данном случае будем иметь:                                 (10)

Последнее выражение (10) – формула Дейча, применяющаяся в расчете электрофильтров.

Для иллюстрации приведем графики зависимости кпд от активной длины фильтра, для различных плотностей рабочего тока и радиуса частиц. Кривые кпд построены по формуле (8). На всех графиках отображена кривая построена по формуле Дейча. При  расчете постоянными приняты следующие величины:

Динамическая вязкость газа = 0.2*10-4 н*с/м2;

Расстояние между электродами = 0.15 м;

Скорость газа  = 1.5 м/с;

Подвижность ионов = 2*10-11а*с/В*м; Напряженность электрического поля у осадительного электрода = 1.5*105 В/м.

 

Таким образом, в работе получено уравнение для эффективности зарядки аэрозольных частиц в реальных условиях (реализуемых в электрофильтре), и результаты  численного моделирования этого уравнения  подтверждающие его более высокую точность, по сравнению с использовавшимися ранее уравнение Дейча.

1.     Динамика зарядки аэрозольных частиц в мощном электрическом поле. Веремьев К.Н. , Веремьев Н.К., Шеманин В.Г., Юров Ю.Л. НФ КубГТУ, (см. Настоящий сборник)

2.      Дж.Мик, Дж.Кретс. Электрический пробой в газах. ИЛ.,М. 1960.

 

Рейтинг: 0 Голосов: 0 2525 просмотров
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!


© ООО НПФ «АВТЭК» 2001-2017

Ваши вопросы и предложения мы будем рады услышать по адресу: info@avtec.ru
353905, Новороссийск, а/я 1, ООО НПФ "АВТЭК" Тел\факс (8617) 79-58-48

Developed by Webstyling.ru
Яндекс цитирования