Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование взаимодействия взвешенных частиц в звуковом поле
1.1. Физическая модель поведения взвешенных частиц в акустическом поле 21
1.2. Пространственное взаимодействие взвешенных частиц в звуковом поле 40
1.3. Взаимодействие взвешенных частиц в сложных акустических полях 51
1.4. Дрейф взвешенных частиц в гармоническом и импульсном звуковых ПОЛЯХ 64
1.5. Взаимодействие ансамбля частиц в звуковом поле 70
1.6. Исследование влияния формы частиц на процесс гидродинамического взаимодействия 74
1.7. Исследование влияния инерционности среды на взаимодействие частиц в звуковом поле 82
1.8.Основные результаты и выводы 88
2. Исследование макропроцесса акустической коагуляции в аэродисперсной среде
2.1. Общие сведения о макропроцессе акустической коагуляции 91
2.2. Исследование влияния подвижности частиц в акустическом поле на коэффициент диффузии 95
2.3. Уравнения кинетики процесса акустической коагуляции аэрозолей 100
2.4. Общая схема расчета макропроцесса акустической коагуляции 105
2.5. Основные результаты и выводы 118
3. Экспериментальные исследования процесса акустической коагуляции промышленных дымов
3.1. Методика проведения экспериментов 120
3.2. Установка для исследования акустической коагуляции взвешенных частиц промышленных дымов
3.2.1. Описание установки и краткая характеристика оборудования 126
3.2.2. Исследование параметров звукового поля в коагуляционной камере 135
3.3. Исследование макропроцесса акустической коагуляции взвешенных частиц дымов теплоэлектростанций
3.3.1 .Характеристика дымовых газов теплоэлектростанций 13 7
3.3.2. Влияние параметров аэродисперсной среды на степень укрупнения частиц дымов ТЭС 142
3.3.3. Влияние акустических параметров на степень укрупнения частиц летучей золы 153
3.4. Исследование акустической коагуляции аэрозолей сталеплавильного производства
3.4.1. Характеристика аэрозолей сталеплавильного производства 161
3.4.2. Влияние акустических параметров на степень укрупнения частиц в звуковых полях 164
3.4.3. Влияние параметров аэродисперсной среды на степень укрупнения частиц в звуковых полях 167
3.5. Коагуляция частиц технического углерода в звуковом поле
3.5.1 .Характеристика аэрозоля технического углерода 168
3.5.2. Влияние параметров аэродисперсной среды на степень укрупнения сажевых частиц в звуковом поле 174
3.6. Влияние основных параметров акустического поля и пылегазового потока на кинетику процесса коагуляции 182
3.7. Основные результаты и выводы 186
4. Структура и физические параметры агрегатов образующихся при акустической коагуляции
4.1. Структура и форма агрегатов 189
4.2. Плотность агрегатов, образующихся в звуковом поле 205
4.3. Разрушение слоя осаждённой пыли в акустическом поле 211
4.4. Основные результаты и выводы 219
5. Схемы осаждения с использованием акустической коагуляции
5.1. Промышленные аппараты для улавливания взвешенных частиц 222
5.2. Исследование эффективности акустической коагуляции пыли в центробежных осадителях 223
5.3. Исследование эффективности инерционных схем осаждения с акустической коагуляцией пыли 229
5.4. Исследование схем с электростатическим осаждением и акустической коагуляцией взвешенных частиц пыли 23 3
5.5. Основные результаты и выводы 237
6. Источники высокоинтенсивного звука для акустической коагуляции
6.1. Высокоинтенсивные акустические генераторы 239
6.2 Низкочастотная электродинамическая сирена малой мощности 243
6.3 Низкочастотная электродинамическая сирена средней мощности 246
6.4 Низкочастотная электродинамическая сирена большой мощности 251
6.5. Основные результаты и выводы 255
7. Исследование промышленных схем осаждения с использованием акустической коагуляции дымов 257
7.1. Промышленная установка для осаждения летучей золы с предварительной акустической коагуляцией дымов ТЭЦ
7.1.1. Общая схема и основные параметры установки 257
7.1.2. Результаты промышленных испытаний установки 268
7.2. Исследование промышленной установки для улавливания обработанных мощным звуком частиц сажи
7.2.1. Общая схема и основные параметры установки 276
7.2.2. Результаты промышленных испытаний установки 280
7.3. Промышленная установка для акустической коагуляции и осаждения возгонных частиц алкидных лаков 284
7.4. Основные результаты и выводы 288
Основные результаты работы 289
Список литературы 293
Приложения 309
- Дрейф взвешенных частиц в гармоническом и импульсном звуковых ПОЛЯХ
- Общая схема расчета макропроцесса акустической коагуляции
- Влияние параметров аэродисперсной среды на степень укрупнения частиц дымов ТЭС
- Влияние параметров аэродисперсной среды на степень укрупнения сажевых частиц в звуковом поле
Введение к работе
Загрязнение атмосферы является составной частью всей нашей жизни и особенно ощутимо для больших городов и промышленных центров. Оно формируется как за счёт природных процессов, таких как лесные пожары, извержения вулканов, пыльные бури, так и за счёт деятельности человека. По мере развития промышленности, энергетики и средств транспорта происходит концентрация населения и промышленных предприятий в больших городах и промышленных зонах и, как следствие, значительное локальное загрязнение атмосферы. По оценке министерство природных ресурсов, на 15% территории страны, где проживает около 60% населения России и сосредоточены основные производственные мощности, экологическая обстановка уже не соответствует нормативам, определяющим уровень экологической безопасности людей [46].
Исследование влияния различных антропогенных нагрузок на человека в городских условиях [9, 10] показали, что наибольшую экологическую опасность представляют загрязнения воздушного бассейна стационарными источниками, такими как тепловые электростанции, транспорт, металлургические, машиностроительные и химические заводы, выбрасывающие в атмосферу широкий спектр токсичных веществ, способных накапливаться в приземном слое атмосферы и почве.
Вопросам уменьшения промышленных выбросов в атмосферу в настоящее время уделяется значительное внимание. Однако, создание высокоэффективных схем осаждения пылевых частиц со степенью улавливания 99 - 99,9% затруднено из-за ограничений физического плана: резко снижается эффективность пылеулавливания мельчайших микронных и субмикронных частиц, доля которых в связи с интенсификацией производства постоянно возрастает. Возникает необходимость использования новых принципов построения пылеулавливающих схем, использующих, например, предварительное изменение физических параметров пыли. Одним из путей решения этой задачи является использование схем осаждения с предварительным укрупнением микронных и субмикронных частиц в агрегаты
7 частиц, легко улавливаемые существующими осадительными аппаратами. В этом смысле акустическая коагуляция является одним из прогрессивных методов (и часто единственно возможным) быстрого укрупнения микронных и субмикронных частиц промышленных аэрозолей с целью их дальнейшего улавливания в существующих или специально создаваемых схемах осаждения.
Несмотря на то, что в исследовании физики процесса и в вопросах промышленного использования акустической коагуляции аэрозолей сделано много (первые исследования были начаты еще на заре 30-х годов 20 века СВ. Горбачевым и А. Б. Северным, Н.С. Паттерсоном, О. Брандтом, X. Фройндом и Е. Гидеманном, Х.В. Сэн-Клером и др. [15, 25, 32, 69]) вряд ли и в настоящее время исследования в этой области можно считать завершенными. Связано это с тем обстоятельством, что акустическая коагуляция аэрозольных частиц исключительно многофакторное явление. При его исследовании и практическом использовании приходится решать вопросы из различных областей физической науки — не только "типичные" акустические задачи (движение ансамбля частиц в звуковом поле, проблемы генерирования мощных звуковых колебаний, измерение основных характеристик акустического поля и др.), но и вопросы физической кинетики, прикладной гидродинамики, механики аэрозолей и др.
Экспериментальные исследования и работы по практическому использованию акустической коагуляции в промышленности, всегда опережали теоретическое осмысливание отдельных аспектов и всего явления в целом.
В середине 20-го века в основном в США и Франции были проведены исследования и начаты работы по промышленному использованию акустического метода осаждения промышленных дымов и естественных туманов. Этому в значительной степени содействовало появление в этот период целой серии сравнительно мощных источников звука [167, 168]. Немного позже Б.Ф. Подошевниковым, Е.П. Медниковым, Р.Ш. Школьниковой, М.Ж. Пальмэ, Р.М.Ж. Буше, Е. Брюном, Р. Левавасэром, И. Ояма, Б. Мончевски-Ровинским, Ю.А. Борисовым, В.И. Тимошенко и др. [1, 45, 122] было проведено много
8 работ по использованию акустической коагуляции в металлургической, химической, горной, цементной и других отраслях промышленности.
При положительном физическом эффекте акустической коагуляции общим недостатком этих работ являлось наличие слишком больших энергетических затрат: от 2 до 7 кВтч на 1000 м3 газа, обусловленных в основном эмпирическим подходом при выборе основных параметров акустических коагуляционных установок (например, использование повышенных частот) и газоочистных схем улавливания (к примеру, использование циклонов). В условиях необходимости обработки сотен тысяч кубических метров газа в час (как например, в теплоэнергетике) при малой стоимости улавливаемого продукта такие энергозатраты делали акустические методы экономически нецелесообразными. Требовалось снизить эти цифры в несколько раз.
Целью диссертационной работы является', решение научной и прикладной проблемы создания экологически и экономически рациональной системы подготовки промышленных дымов в акустическом поле к очистке от взвешенных частиц в штатных осадительных устройствах, теоретически обоснованной и учитывающей индивидуальные свойства аэродисперсной среды, а так же разработка новых конструктивных схем акустических коагуляционных осадительных устройств, обеспечивающих интенсивное улавливание микронных и субмикронных взвешенных частиц.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- теоретическое исследование пространственного гидродинамического
взаимодействия взвешенных частиц произвольной формы в
многокомпонентном звуковом поле при широком варьировании параметрами
акустического поля и аэродисперсной среды;
- создание модели и разработка методов расчёта макропроцесса
акустической коагуляции на основе исследования единичного взаимодействия
частиц;
создание экспериментальной базы и методики проведения исследований макропроцесса коагуляции в акустическом поле взвешенных частиц различных промышленных дымов, наносящих наибольший вред природе и человеку;
получение на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований расчётного уравнения, описывающего макропроцесс акустической коагуляции произвольного аэрозоля.
проведение теоретического и экспериментального анализа процесса агрегатообразования, плотности, формы и устойчивости агрегатов частиц, а также разрушение дисперсной структуры слоя пылевых отложений в мощном звуковом поле;
разработка теоретических и экспериментальных аспектов создания конструкций низкочастотных акустических излучателей для промышленных коагуляционных установок;
внедрение в промышленность акустических способов и средств интенсификации очистки дымовых газов, обеспечивающих повышение эффективности улавливания взвешенных частиц и снижение вредных выбросов в атмосферу.
На защиту выносятся следующие теоретически и экспериментально полученные научные результаты и положения:
1. Теоретические методы исследования пространственного взаимодействия
взвешенных частиц произвольной формы в многокомпонентном звуковом поле
при широком варьировании параметрами акустического поля и аэродисперсной
среды.
2. Закономерности влияния физических параметров аэрозолей
(концентрации, дисперсности, температуры и формы частиц дисперсной фазы)
и характеристик акустического поля (частоты, уровня звукового давления,
времени озвучивания, параметров компонентов и формы поля колебательной
скорости) на макропроцесс акустической коагуляции.
3. Экспериментальные методы и средства исследования макропроцесса
коагуляции взвешенных частиц промышленных дымов.
Принципы и методы инженерных расчётов осадительных характеристик пылеулавливающих устройств с предварительной обработкой пылегазового потока мощным акустическим полем с учётом физических характеристик потока и поля.
Физическая модель агрегатообразования и разрушения слоя дисперсной фазы пылевых отложений в мощном акустическом поле.
Рекомендации по расчету, проектированию и результаты практической реализации мощных излучателей звука — низкочастотных электродинамических сирен.
7. Принципы построения, рекомендации и результаты практической
реализации в промышленности низкочастотных акустических установок для
повышения эффективности улавливания взвешенных частиц промышленных
дымов.
Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:
- впервые проблема повышения эффективности улавливания взвешенных
частиц промышленных дымов за счёт коагуляции в акустическом поле
решается на основе комплексных исследований процесса на микро- и
макроуровнях с подтверждением теоретических расчетов лабораторными и
промышленными исследованиями;
установлены закономерности пространственного единичного и множественного взаимодействия взвешенных частиц произвольной формы в сложных гармонических и негармонических акустических полях;
на основе полученных закономерностей разработаны схемы модернизации штатных осадительных систем с использованием акустической коагуляции промышленных дымов;
- впервые на созданной промышленной коагуляционной установке
исследован разработанный теоретически способ очистки поверхностей
пылеулавливающих и других технологических устройств от слоя пылевых
отложений;
- предложены и экспериментально подтверждены принципиально новые критерии выбора параметров акустических коагуляционных установок для различного типа осадителей и очищаемых дымов.
Практическая ценность результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в разработке технологии и техники эффективного осаждения высокодисперсной пыли в штатных осадительных устройствах путём предварительного укрупнения взвешенных частиц дымовых газов в мощном акустическом поле. На основе комплекса исследований единичного и множественного взаимодействия взвешенных частиц аэродисперсной среды предложены инженерные методики расчёта основных параметров акустических коагуляционных установок для различных типов осадительных аппаратов и промышленных дымов. Применение разработанных схем очистки с акустической коагуляцией позволяет решить проблему сухой очистки газов от высокодисперсной пыли без замены существующего осадительного оборудования. Разработанный способ очистки и созданные электродинамические излучатели высокоинтенсивного звука позволяют совмещать процесс укрупнения взвешенных частиц в потоке объёмом от тысячи до миллиона метров кубических дымового газа в час с очисткой поверхностей пылеулавливающих и других технологических устройств от слоя пылевых отложений, что повышает эффективность их работы, сроки службы и упрощает обслуживание. Кроме этого, разработанные методы исследований, полученные математические модели, зависимости и закономерности могут быть использованы в смежных областях науки и техники.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной работе модели, методы, конструктивные решения и полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в научно-исследовательских работах, выполнявшихся по постановлениям директивных органов: «Разработка низкочастотного акустического метода глубокой очистки воздуха от мелкодисперсных субмикронных частиц промышленных аэрозолей (№ гос. регистрации 77068431, результаты внедрены на ПО «Лакокраска», г. Ростов-на-Дону); «Разработка физических основ и принципов использования
12 акустической коагуляции и осаждения промышленных дымов и туманов» (№ гос. регистрации 77073118, результаты использованы РЭУ «Ростовэнерго»). Результаты диссертационной работы использовались в ряде научно-исследовательских работ, выполняемых по заказам предприятий и организаций: «Исследования и разработка оптимальных режимов работы элементов мощных динамических сирен» (Донецкий филиал ВНИПИчерметэнергоочистка); «Разработка комплекса программного моделирования распространения загрязняющих веществ, выделяемых автотранспортом и промышленными предприятиями г. Таганрога» (Администрация г. Таганрога); «Разработка программы неотложных мер по сокращению выбросов в атмосферу» (Таганрогский межрайонный комитет по охране природы). Во всех перечисленных работах автор являлся ответственным исполнителем, либо научным руководителем работы.
Эффективность и целесообразность применения разработанных акустических способов и средств улавливания взвешенных частиц промышленных дымов подтверждены актами внедрения на промышленных предприятиях и в организациях: Новочеркасской ГРЭС, АО «ТАГМЕТ» (г. Таганрог), ООО фирме «РАСВЕТ» (г. Ростов-на-Дону), Таганрогском лакокрасочном заводе, Межрайонном комитете охраны природы (г. Таганрог), Ставропольском заводе технического углерода, фирме HOLMKO Elektroakustik (г. Берлин, Германия).
Техническая и конструкторская документация на мощные излучатели для коагуляционных установок была передана для внедрения на промышленных предприятиях следующим организациям и научным учреждениям: Донецкому филиалу ВНИПИчерметэнергоочистка, Чимкентскому цементному заводу, Косогорскому металлургическому комбинату (г. Тула), Львовскому политехническому институту, Ташкентскому филиалу ЦКБ Главэнергоремонта, Красноярской ГРЭС-2.
В первой главе приведены результаты исследования пространственного гидродинамического взаимодействия аэрозольных частиц в вязкой среде обтекания в многокомпонентных звуковых полях. Они показали, что
13 эффективное сближение частиц происходит в широкой области частот, в том числе и на низких звуковых частотах. Было установлено, что оптимальной формой для моделирования процесса взаимодействия частиц практически любого промышленного аэрозоля является эллипсоид вращения. При теоретических расчётах гидродинамического взаимодействия аэрозольных частиц пределы варьирования основных параметров звукового поля (частоты, амплитуды, колебательной скорости, конфигурации поля), аэрозоля (расстояния между частицами, их размеры, ориентация, удельный вес вещества) и вмещающей среды (плотности, вязкости, температуры) существенно превышали встречающиеся на практике и в экспериментах.
Разработанный путь решения задач (см. раздел 1.2) позволяет в принципе рассчитывать множественное взаимодействие частиц с учетом различных сил, действующих на частицу, но пока не удастся на основе совместного решения уравнений движений всех частиц с учетом их взаимодействия (такая система уравнений составлена), выявить закономерности изменения параметров аэродисперсной системы в целом при облучении ее мощным звуком, хотя бы потому, что в реальных случаях в одном кубическом сантиметре бывает порядка десятков и даже сотен миллионов частиц.
Поэтому были решены уравнения, описывающие пространственное движение двух и ансамбля из трех частиц в едином и многокомпанентном звуковом поле, представляющем суперпозицию трёх взаимно ортогональных колебаний, с учетом взаимного влияния гидродинамических полей обтекания частиц при вязком (Re < 1) режиме обтекания с учетом изменения расстояния между частицами. Результаты исследования пространственного взаимодействия частиц позволяют сделать предположение о превалирующем влиянии на движение частиц соседних, близкорасположенных частиц. Решение задачи взаимодействия трёх близкорасположенных частиц в звуковом поле подтверждает сделанный вывод.
При высоких интенсивностях звукового поля и среднедисперсном аэрозоле (осееновский режим при Re>\) на обтекание частицы начинают оказывать существенное влияние инерционные свойства среды, что приводит к
14 интенсификации, по сравнению со стоксовским режимом, взаимного сближения частиц. При этом основные закономерности процесса не меняются.
Так же рассмотрены общие особенности появления направленного дрейфа частиц в акустическом поле и, в частности, дрейф частиц при несинусоидальной форме колебаний среды, который играет определенную роль в процессе увеличения локальной концентрации частиц и способствует их сближению, что дает дополнительные объяснения эффекту акустической коагуляции при несинусоидальной форме озвучивании. При этом наибольшее смещение частица получает при определённой форме импульса акустического воздействия, что может быть полезным при расчёте узлов генерации динамических сирен для коагуляционных установок.
Модель макропроцесса акустической коагуляции может быть построена на основе определения пространственных зон эффективного взаимодействия частиц, форма и величина которых может быть получена из расчета гидродинамического взаимодействия двух частиц в звуковом поле.
Вторая глава посвящена получению уравнения макропроцесса акустической коагуляции, позволяющего найти, например, изменение счетной концентрации при варьировании параметров звукового поля и пылегазового потока, что необходимо не только для исследования физики явления, но и для расчета и выбора основных элементов промышленных акустических коагуляционных установок. Получение расчетного уравнения кинетики базируется на исследовании закономерностей пространственного взаимодействия аэрозольных частиц в звуковом поле. Исследование динамики процесса акустической коагуляции показало, что эффективное сближение аэрозольных частиц происходит в узкой пространственной зоне, вытянутой в обе стороны от центра частицы в направлении колебаний. Проникновению частиц в эту пространственную зону способствуют рассмотренные виды диффузии частиц, некоторые виды взаимных дрейфов частиц, вторичные движения среды и др.
В уравнение кинетики входит коэффициент диффузии аэрозольных частиц. Вследствие того, что подвижность аэрозольных частиц в звуковом поле
15 меняется (для крупных частиц из-за изменения силы сопротивления при осееновском обтекании, для малых - из-за влияния прерывистости среды), расчетное значение коэффициента диффузии мельчайших частиц может значительно отличаться (иногда в два раза) от эйнштейновского значения. Это обстоятельство было исследовано в разделе 2.2 и по полученным ранее в [2] аналитическим выражениям, произведен расчет коэффициента диффузии в функции от параметров звукового поля и аэрозоля.
При наличии уравнения кинетики возникает возможность теоретически проанализировать процесс акустической коагуляции в функции от параметров звукового поля и аэрозоля. В качестве варьируемых параметров были выбраны значения для реальных промышленных дымов. Расчеты показали, что частота звуковых колебаний и вязкость среды практически не влияют на процесс изменения концентрации частиц при акустической коагуляции. Основное влияние оказывает амплитуда колебательной скорости и концентрация аэрозоля (начальное расстояние между частицами).
Аналитическое уравнение кинетики учитывает практически все основные факторы, влияющие на процесс акустической коагуляции. Однако подучено оно было при определенных допущениях, правильность которых необходимо было проверить экспериментальным путем.
Теоретические исследования гидродинамического взаимодействия отдельных пар частиц в звуковом поле и макропроцесса акустической коагуляции были подтверждены экспериментально в лабораторных условиях на специально разработанной экспериментальной базе.
Третья глава посвящена экспериментальному исследованию макропроцесса акустической коагуляции в возможно более широком диапазоне варьирования основных параметров аэродисперсной среды и акустического поля, чтобы выяснить условия и пределы применимости метода, а также охватить значительную часть типичных ситуаций, встречаемых в промышленности.
Экспериментальные исследования в динамических условиях проводились (см. раздел 3.2) на лабораторной установке с мощными электродинамическими
излучателями. Экспериментально исследована акустическая коагуляция промышленных аэрозолей с различными физико-химическими свойствами (плотностью, конфигурацией, сжимаемостью, концентрацией, дисперсностью и др.). Исследования метода акустической коагуляции проведены с различными промышленными аэрозолями: оксидами железа, дымами ТЭС, сажей и фталиевым ангидридом. Свойства перечисленных аэрозолей и параметры сред учитывались при задании пределов изменения характеристики в расчётных соотношениях пространственного гидродинамического взаимодействия частиц и расчете макропроцесса коагуляции в мощном акустическом поле.
На основании теоретического анализа уравнения кинетики и проведенных предварительных экспериментов было выяснено, что основными факторами, влияющими на процесс акустической коагуляции являются: интенсивность звука, время озвучивания, частота звуковых колебаний, концентрация пыли в потоке и температура пылегазового потока. Эти факторы в основных экспериментах варьировали в широких пределах. Высокие значения коэффициентов множественной корреляции указывают на полный учет всех основных факторов. В экспериментах оценивали изменение дисперсного состава и относительное изменение счетной концентрации при акустической коагуляции. Общее число частиц в единице объема подсчитывалось из дисперсного распределения, полученного методом микроскопического анализа.
Исследование картины изменения дисперсного распределения субмикронных частиц при акустической коагуляции позволило выявить количественные характеристики роста размеров частиц отдельных фракций в функции от основных параметров. Эти исследования показали, что степень укрупнения микронных частиц аэрозолей при приемлемых энергозатратах вполне достаточна для резкого повышения эффективности пылеулавливания традиционных аппаратов, особенно электрофильтров.
Выявленная закономерность слабого влияния частоты на процесс коагуляции указывает, что выбор этого параметра для акустической коагуляции промышленных аэрозолей должен определяться технико-экономическими показателями используемых излучателей и создаваемых установок. При
17 обработке больших объемов запыленного газа и повышенных концентрациях пыли в потоке следует рекомендовать использование низких звуковых частот порядка 300 - 800 Гц. Затухание в этом случае невелико, а генерирование мощных колебаний, например, с помощью низкочастотных сирен (см. главу 6) весьма просто и дешево. Размеры коагуляционных колонн или озвучиваемых участков газопроводов следует выбирать из условия обеспечения минимально необходимого времени озвучивания.
В четвертой главе на базе теории взаимодействия аэрозольных частиц в звуковом поле и кинетики акустической коагуляции, а также экспериментальных данных (в основном электронной и оптической микроскопии) представлены результаты исследования структуры и динамики роста агрегатов, образующихся в звуковом поле, а также их физических параметров: размеров, формы, плотности, распределения по фракциям, прочности и устойчивости пылевых отложений. Эти данные необходимы для оценки поведения образованных при акустической коагуляции агрегатов в осадительных аппаратах, расчета их эффективности и изучения возможности очистки рабочих поверхностей пылеулавливающего и другого технологического оборудования от обрастания пылевыми отложениями (в частности, осадительных электродов электрофильтров).
Аэрозольные частицы, например, сталеплавильного производства, для которых целесообразно использовать акустическую коагуляцию, имеют размеры десятые и даже сотые доли микрона. Поэтому при исследовании структуры агрегатов и динамики их роста использовались электронно-микроскопические методы в сочетании с оптическими. Анализ большого числа микроснимков, подученный при различных значениях параметров звукового поля, показал, что за 1 - 2 с за счет акустической коагуляции образуются разветвленные, рыхлые агрегаты, содержащие несколько сотен и даже тысяч первоначальных частиц. Наблюдения позволили классифицировать агрегаты и описать закономерности роста каждого из наблюдаемых типов агрегатов. Обнаружено два основных типа агрегатов, образующихся при акустической коагуляции: первый тип - состоящих только из мелких ветвящихся
18 субмикронных частиц и второй тип - сравнительно крупная микронная частица, на которую присоединяются и ветвятся мелкие частицы.
Электронно-микроскопические исследования структуры и динамики роста агрегатов проводили в широком диапазоне варьирования основных параметров звукового поля и, в частности, частоты звука. Общая структура и конфигурация агрегатов были одинаковыми, что еще раз подтверждает сделанный ранее вывод о незначительном влиянии частоты на процесс акустической коагуляции и возможности его проведения на низких звуковых частотах.
Микроскопические исследования позволили количественно оценить изменение содержания отдельных фракций и действительную плотность рыхлых агрегатов, образующихся в процессе акустической коагуляции. Содержание мелких фракций существенно уменьшается при сохранении общего нормально-логарифмического закона распределения частиц и дисперсии распределения. Отсутствует какое-либо селективное воздействие звуковых колебаний на коагуляцию отдельных фракций.
Образовавшиеся агрегаты и отдельные крупные частицы за счёт сил гравитации, а также при столкновении с металлическими поверхностями газоходов и осадительных аппаратов образуют слои осевшей пыли, повышающие аэродинамическое сопротивление газоходов и очистных аппаратов и препятствующие процессу эффективной очистки газа от пылей.
Обрастание поверхностей пылью особенно отрицательно сказывается на работе электроосадительных аппаратов, имеющих высокую чувствительность процесса очистки к отклонениям от заданного технологического режима. В ряде производств, таких как теплоэнергетика, тепловая энергия отходящих газов используется в производственном цикле для подогрева воздуха, поступающего в топку котла. Очистка поверхностей нагрева теплообменных аппаратов от слоя пыли является актуальной задачей, решение которой, без остановки котлоагрегата, пока не найдено. В связи с этим, использование мощных акустических полей для разрушения слоя пыли может быть полезным.
В пятой главе на основании выявленных закономерностей поведения аэрозольных частиц и изменения их физических параметров при акустической
19 коагуляции проведен расчет эффективности пылеулавливания в действующих промышленных схемах осаждения с использованием наиболее распространенных осадительных аппаратов типа циклон, труба Вентури и электрофильтр. Целесообразность выполнения подобных исследований диктовалась необходимостью изыскания и обоснования оптимальной схемы осаждения при создании промышленных пылеосадительных установок с использованием акустической коагуляции частиц.
Расчет эффективности осаждения укрупненных в звуковом поле частиц проведен по существующим эмпирическим и полуэмпирическим выражениям для каждого из перечисленных типов аппаратов с учетом выявленных изменений размеров частиц, их плотности и дисперсного распределения при коагуляции. Расчеты показали, что предварительная акустическая коагуляция частиц позволяет улучшить работу центробежных осадителей (циклонов), значительно повысить пылеулавливание в инерционных осадителях (трубах Вентури), но особенно преимущества акустического метода проявляются при электростатическом методе осаждения.
Создание высокоэффективных осадительных аппаратов на основе традиционных схем осаждения с использованием предварительной обработки пылегазового потока акустическим полем осложняется из-за отсутствия мощных источников дешевой акустической энергии. Для целей акустической коагуляции промышленных аэрозолей в условиях больших объемов обрабатываемого потока, повышенных температур и концентраций пылей наиболее целесообразно применение низкочастотных динамических или статических сирен, как наиболее простых, дешевых в изготовлении и надежных в эксплуатации мощных акустических излучателей.
В шестой главе представлены результаты исследований рабочих характеристик и конструктивных особенностей электродинамических сирен большой мощности, на основе которых разработаны конструкторские документы на три типа мощных низкочастотных электродинамических сирен для коагуляционных установок различной производительности, изготовлены промышленные образцы сирен и успешно проведено их испытание в условиях
20 промышленных коагуляционных установок.
В седьмой главе рассматриваются устройство, параметры и результаты испытаний созданных под руководством или с участием автора промышленных акустических коагуляционных установок (они разработаны и изготовлены для
различных предприятий в городах Красноярске, Чимкенте, Туле, Ставрополе,
Ростове-на-Дону, Новочеркасске и Таганроге) были низкочастотными и имели
производительность от тысячи до миллиона кубометров в час обрабатываемого
пылегазового потока. Каждая из смонтированных коагуляционных установок
была уникальной. Однако их всех объединяло одно: они не меняли уже
имеющуюся на предприятии систему очистки и значительно повышали её
№ эффективность. Такой подход существенно снижает затраты на внедрение
акустического метода осаждения промышленных дымов.
Разработанные и созданные экспериментальные установки и методика аэрозольных и акустических измерений позволяют изучать процесс акустической коагуляции различных типов аэрозолей и рассчитывать оптимальные параметры промышленных коагуляционных установок.
В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.
Приложение содержит акты внедрения и использования результатов диссертационной работы.
«
Дрейф взвешенных частиц в гармоническом и импульсном звуковых ПОЛЯХ
В мощном акустическом поле на характер движения мельчайших частиц помимо периодического движения среды оказывает влияние еще целый ряд факторов, в результате действия которых помимо колебательного движения появляется направленное движение частиц (дрейф). В обзорах ряда работ [1,2, 3, 56 и др.] подробно рассмотрены особенности различных видов дрейфа частиц в акустическом поле. Некоторые авторы высказывали гипотезы об основной роли того или иного вида дрейфа частиц в процессе акустической коагуляции аэрозолей. В частности, Сэн-Клер [69, 81] высказал гипотезу о решающей роли радиационного давления при акустической коагуляции. Согласно этой гипотезе аэрозольные частицы под действием радиационного давления движутся в пучности колебаний, в которых и на пути к которым происходит интенсивная коагуляция частиц путем гидродинамических сближений и ортокинетических соударений из-за локального повышения концентрации аэрозоля. Проведенные расчеты [1, 56] показали, что ни один из видов дрейфов частиц не может служить первопричиной или основным механизмом акустической коагуляции аэрозолей. Так, по результатам расчетов, проведенным в [1], время смещения частиц размером R = 5-мкм в пучность при частоте акустических колебаний/= 104 Гц и плотности энергии 10"5 Дж/см3 равно t = 1,3-104 с. Однако аэрозоли в этих условиях коагулируют за несколько секунд. За такое время частицы успели бы пройти лишь ничтожную долю пути до пучности, при условии, что таковая имеется. Все дрейфовые гипотезы акустической коагуляции абсолютизировали роль какого-либо частного фактора и обычно не рассматривали механизма взаимного движения аэрозольных частиц в акустическом поле. В силу этих обстоятельств их нельзя рассматривать в качестве основной гипотезы акустической коагуляции. Направленный дрейф частиц в некоторых специфических условиях акустического поля может способствовать проникновению аэрозольных частиц в пространство сильного взаимодействия. Эту способность можно использовать в ряде технических устройств, например при разработке источников мощного звука для коагуляционных установок.
Поэтому представляется полезным отметить ряд общих особенностей, имеющих место в акустическом поле и приводящих к появлению специфических сил, действующих на аэрозольные частицы и заставляющих их направленно перемещаться. Направленное одностороннее движение частиц в акустическом поле возникает при неравномерном движении (оно присуще даже чисто гармоническому движению среды), при различиях амплитуды возмущений по полупериодам, при различиях во временной протяженности периодически следующих возмущений и при не симметрии формы поверхности и размеров частиц. При этом появление действующих сил и направленного дрейфа вызываются следующими причинами: - дрейф частиц из-за периодического изменения параметров среды (вязкости) в акустической волне [71, 72]; дрейф частиц в стоячей звуковой волне, обусловленный асимметрией воздействия поля при колебательном движении частицы [2, 56]; действие сил радиального давления на аэрозольные частицы; дрейф частиц за счёт искажения формы звуковой волн, возникающей из-за изменения силы сопротивления под влиянием инерционности среды [71, 72]; - взаимный дрейф частиц при осееновском режиме обтекания [84, 86]; влияние на силу сопротивления гидродинамических полей близкорасположенных частиц и препятствий при стоксовском режиме обтекания, рассмотренное ранее в разделе 1.1; действие сил трения в пограничном слое; дрейф частиц в поле с несинусоидальной формой периодических смещений в среде за счёт инерции самих частиц [56, 75]. Последний вид дрейфа имеет важное практическое значение, рассмотрим его подробнее. В случае, когда смещение среды есть функция периодическая, то негармоническое решение дифференциального уравнения движения (1.6) отдельной аэрозольной частицы может быть найдено известными методами. В силу линейности неоднородного уравнения (1.6) для случая сложной формы периодических смещений среды решение может быть найдено суперпозицией отдельных решений для гармонических составляющих, получающихся из разложения в ряд Фурье исходного возмущения. Нахождение параметров колебательного движения частиц в этом случае представляет самостоятельную задачу. Дрейф частиц в поле с несинусоидальной формой периодических смещений в среде рассмотрен подробно в работах автора совместно с В.И. Тимошенко [2] для случая ступенчатой функции и серии прямоугольных импульсов различной длительности. Однако наибольший интерес, с точки зрения повышения эффективности процесса акустической коагуляции и разработки оптимальной формы воздействующего звука, представляет исследование дрейфа частиц в акустических полях, которые могут создавать динамические сирены, широко используемые в коагуляционных установках [73]. Форму излучаемых ими импульсов давления определяют геометрия и размер отверстий в статоре и роторе узла генерации сирены [21]. На практике форма излучаемых динамическими сиренами импульсов давления чаще всего бывает близкой к синусоидальной, либо пилообразной форме. Проведём расчёт и сравним смещение частицы в поле скоростей с гармонической и импульсной пилообразной формами смещений сплошной Из анализа (1.39) видно, что для уменьшения эквивалентной амплитуды скорости при импульсном возбуждении необходимо выполнение условия Т2-+Т.
Такому условию генерации звука удовлетворяют, например, двухрядные динамические сирены [168]. фазы колебаний частицы относительно среды - параметры движения частиц, описание которых приведено в разделе 1.1. Определим разницу смещений частицы за период в гармоническом и импульсном поле скоростей при условии Т2 = Т, различных значениях Я и отношениях а = Т\/Т. При выше изложенных условиях разница в смещении А будет равна: величины X при различном отношении времени нарастания и спада импульса Ті/Т2 (кривая 1-0,5; кривая 2 - 0,7; кривая 3 - 0,9). Из приведённых графиков следует, что при импульсном возбуждении ПОЛЯ скоростей наибольшее смещение частица получает при величине Я=0.4. Полученный результат может быть полезным при расчёте узла генерации динамических сирен для коагуляционных установок. Подобным образом может быть рассчитан дрейф аэрозольных частиц при других формах импульсов: прямоугольных, трапецеидальных, колокообразных и др., однако ограничимся только кратким анализом этого дрейфа аэрозольных частиц, так как он, как и все вышеперечисленные, могут играть лишь частную роль в процессе акустической коагуляции. Рассмотренный дрейф аэрозольных частиц может играть определенную роль в процессе увеличения локальной концентрации частиц и способствовать коагуляции при импульсном озвучивании, что дает дополнительные объяснения эффекту акустической коагуляции при импульсном озвучивании [73]. Основываясь на результатах пространственного взаимодействия, можно сделать вывод о превалирующем влиянии на движение частиц соседних, близко расположенных частиц. В связи с этим представляет интерес решение задачи взаимодействия трёх близкорасположенных частиц в звуковом поле и оценки их взаимного влияния на поля обтекания. Используя уравнение (1.25), проведём решение задачи для случая пространственного взаимодействия трёх сферических частиц, когда линия, соединяющая центры частиц лежит в одной плоскости с вектором колебательной скорости среды (рис. 1.18).
Общая схема расчета макропроцесса акустической коагуляции
Проведём расчет макропроцесса акустической коагуляции реального аэрозоля с использованием полученных выше выражений. В качестве примера рассмотрим изменение счетной концентрации частиц в функции от параметров акустического поля, аэрозоля и среды для ряда промышленных аэрозолей, с которыми были проведены экспериментальные исследования, что даст возможность оценить правильность и пределы применимости выбранных допущений при получении теоретических выражений. Выражение для коэффициента акустической коагуляции (2.23) было получено для малых промежутков времени, в течение которых выполняется условие (2.21) квазистационарности распределения концентрации. Поэтому расчеты по уравнению кинетики (2.17) с учетом (2.21) будем производить для малых промежутков времени t\, t2, t3, ... th при которых концентрацию No можно считать неизменной. Уравнение кинетики справедливо для макропроцесса коагуляции, протекавшего в статических условиях или при малых скоростях движения аэрозоля через коагуляционную камеру. В реальных условиях производства скорости пылегазового потока велики и имеют порядок 10 м/с, поэтому время пребывания аэрозоля в зоне действия мощного звукового поля составляем 1—2 с. В этих условиях схема кинетики процесса, принятая в расчетах, будет реализовываться только в течение отрезков времени, когда можно считать, что весь объем аэрозоля в коагуляционной камере находится в неподвижном состоянии. При наличии потока реальное изменение счетной концентрации за время измерения будет включать в себя составляющие предшествующие и последующие по отношению к моменту квазистатического состояния.
Это обстоятельство может быть учтено дополнительным параметром — временем озвучивания тзв. Этот параметр удобен своей инвариантностью по отношению к многообразию конструкций коагуляционных установок. Для оценки пределов применимости принятых ранее допущений будем задаваться малыми интервалами времени th Для определенной частоты / и уровня интенсивности звукового поля при конкретных параметрах аэродисперсной системы (дисперсного состава, концентрации, вязкости, температуры), используя выражения для величины взаимного смещения частиц, можно рассчитать параметр пространства эффективного взаимодействия d при принятых интервалах времени /,-. Такой подход необходим для оценки правильности выбора параметра d путем сравнения полученных результатов с экспериментальными исследованиями макропроцесса акустической коагуляции. Как было показано ранее (см. главу 1), пространство эффективного взаимодействия частиц имеет вид шаровых секторов, оси вращения которых совпадают с направлением вектора колебательной скорости. Границы каждого сектора описываются вектором смещения S. На рис. 2.4 а показан вид пространства эффективного взаимодействия в звуковом поле единого источника частиц сферической (в= 15) и эллипсоидальной (#= 20) формами частиц, на рис 2.4 б тоже для взаимодействия частиц в звуковых полях, состоящих из нескольких источников, вектора колебательной скорости которых лежат в одной плоскости и взаимно перпендикулярны (скрещенные поля). На рис. 2.4 пунктиром показаны зоны, в которых происходит сближение частиц при их пространственном взаимодействии в звуковом поле. Здесь в — угол, образованный линией центров частиц и направлением колебаний. Анализ пространственного взаимодействия показывает, что скорость сближения частиц в интервале углов в 15 слабо меняется и практически равна скорости сближения частиц при в= 0 (скорости сближения частиц при в = 15 и в— 0 отличаются менее чем на 10%). При углах 9 15 скорость сближения частиц резко уменьшается до нуля. Таким образом, пространство эффективного взаимодействия аэрозольных частиц имеет вид шаровых секторов (на рис. 2.4 заштрихованы) с углом раскрыва 0= 1 -г 15 и радиусом AS.
Величина AS определяется из расчёта взаимного смещения частиц по осям координат в звуковом поле за период: Значения величин ASX и ASy определяются из выражений (1.29), (1.34), (1.41), (1.46) и (1.54), полученных ранее в главе 1, путем выделения из этих выражений стационарных во времени составляющих взаимного смещения частиц в звуковом поле. Радиус R шарового пространства эффективного взаимодействия одной частицы аэрозоля определится из выражения где R? — радиус шара, объем которого равен объему пространства эффективного взаимодействия двух частиц в звуковом поле в виде шаровых сегментов; К - коэффициент для полей с несколькими источниками, численно равный отношению объема пространства эффективного взаимодействия в этих полях к объему пространства взаимодействия в звуковом поле одного источника, пропорционален отношению амплитуд колебательных скоростей t/ и Ugy, принимает значения от 1 до 2; R\ - радиус аэрозольных частиц рассматриваемого аэрозоля; в - угол раскрыва шаровых секторов. В случае отсутствия звуковых колебаний угол раскрыва шаровых секторов 6= 0, а выражения (2.23) и (2.25) описывают процесс броуновской коагуляции для частиц радиусом R.
Влияние параметров аэродисперсной среды на степень укрупнения частиц дымов ТЭС
Технический углерод (сажа) в качестве объекта исследований нами был выбран как широко используемый в резиновой, электротехнической, лакокрасочной, полиграфической и других отраслях промышленности аэрозоль. Выбросы в атмосферу субмикронных частиц сажи приводят к 169 загрязнению атмосферы и сравнительно большим экономическим потерям за счет уноса дорогостоящего продукта. В середине прошлого века В.П. Куркин и Б.Ф. Подошевников [3] исследовали акустическую коагуляцию высокодисперсной сажи. Исследования были направлены на изучение влияния предварительной акустической коагуляции сажевых частиц на осадительные характеристики циклонов, используемых в то время в сажевой промышленности и проводились на сравнительно высоких частотах 3-5 кГц. При этом не исследовалось изменение дисперсного состава и степень укрупнения частиц в звуковом поле, форма частиц и образовавшихся агрегатов, а так же другие характеристики аэрозоля в процессе акустической коагуляции. Промышленная апробация метода акустической коагуляции в условиях сажевого производства (см. главу 7) требует широкого предварительного экспериментального исследования макропроцесса акустической коагуляции частиц технического углерода.
Выбор оптимального режима работы промышленной коагуляционной установки не может быть сделан на основании анализа данных по акустической коагуляции других промышленных аэрозолей, например, летучей золы ТЭЦ [11], сталеплавильной пыли [2, 129], частиц фталиевого ангидрида [63] и др. Так как аэрозоль сажи перед очистным устройством содержит, в основном, агрегаты частиц несферической формы, то исследование акустической коагуляции частиц сажи позволит экспериментально исследовать вопрос о влиянии на кинетику процесса формы аэрозольных частиц и сравнивать результаты эксперимента исследования с результатами теоретического исследования макропроцесса акустической коагуляции эллипсоидальных частиц. Сажа является самым высокодисперсным из всех промышленных порошков. Средний размер сажевых частиц составляет 0,009 - 0,6 мкм [80]. Установлено [80, 159], что отдельные частицы всех саж имеют в основном сферическую форму. В редких случаях наблюдаются частицы эллипсоидальной формы. Самостоятельно частицы сажи встречаются крайне редко. Обычно в процессе сажеобразования частицы соединяются в цепочки или образуют более сложные, разветвленные структуры. Сажевые структуры представляют собой жесткие образования. Везде ниже термин сажевая частица будет обозначать сажевую структуру. У одной из наиболее высокодисперсных саж - печной сажи, частицы представляют собой разветвленные агрегаты неправильной формы (рис. 3.28). У наиболее грубодисперсной - термической сажи, частицы имеют цепочкообразную форму (рис. 3.29). По данным [159], плотность первичных сажевых частиц составляет 2 г/см . Плотность сажевых частиц зависит от структурированности сажи и степени упаковки первичных сажевых частиц. При исследованиях в лабораторных условиях кинетики акустической коагуляции сажевых частиц основные параметры звукового поля и пылегазового потока, варьировались в пределах изменений аналогичных параметров в промышленных коагуляционных установках технического углерода.
В промышленных условиях расход сажевой смеси через одну установку на сажевых заводах составляет, как правило, десятки тысяч кубометров в час. При этом скорость сажевой смеси в газоходе порядка 10 м/с, а, следовательно, время озвучивания сажевой смеси в таких газоходах может достигать 2 секунд. Как показывают расчеты и эксперименты [5] увеличение в газоходах интенсивности звукового поля более 0,1 Вт/см (155 дБ) приводит к удорожанию метода. Пределы варьирования запыленности следует определять реальными значениями запыленности, существующими на сажевых заводах перед осадительными аппаратами: 10 — 20 г/нм3. Для проведения экспериментального исследования процесса кинетики акустической коагуляции сажевых частиц использовалась лабораторная установка, описанная в разделе 3.2, общая схема которой приведена на рис. 3.1. Установка была дополнена сажевым генератором, состоящим из кварцевой трубки 1 (рис. 3.30) диаметром 30 мм, нагрев которой осуществлялся сквозной муфельной печью 2, которая позволяла доводить температуру кварцевой трубки в зоне реакции (примерно на середине муфельной печи) до 1270С. Температура зоны реакции регулировалась напряжением, подаваемым с трансформатора 3 на обмотку нагревателя печи.
Влияние параметров аэродисперсной среды на степень укрупнения сажевых частиц в звуковом поле
На рис. 3.33 в нормально-логарифмической системе координат представлены кривые дисперсного распределения по счету частиц сажи при различных исходных весовых концентрациях с. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют значениям с = 1,1; 6,1 и 11,5 г/нм . Кривые построены при значениях Р = 143 дБ, / = 105 Гц, т03в. = 2 с. Дисперсное распределение по счету частиц не озвученного аэрозоля показано кривой, обозначенной цифрой 0. Из графиков видно, что в акустическом поле происходит значительное укрупнение субмикронных сажевых частиц за счет акустической коагуляции. С увеличением исходной весовой концентрации частиц средний по счету размер частиц сажи при озвучивании увеличивается. Параллельность кривых 1, 2 и 3 друг другу и кривой 0 свидетельствует о неизбирательном воздействии звука на взвешенные частицы сажи. Зависимость степени укрупнения (для удобства сравнения результатов экспериментов с теорией воспользуемся зависимостью отношения средних медианных размеров несферических частиц озвученной С03в и исходной сажи С03в ) от звукового давления Р в коагуляционной камере, представлена на рис. 3.34, от частоты колебаний/- на рис. 3.34, от времени озвучивания тож — на рис. 3.36. На рис. 3.34 кривые 1, 2, 3 соответствуют значениям с = 1,1; 6,1; 11,5 г/нм3 и построены при/= 105 Гц, тож = 2 с. Кривая на рис. 3.35 приведена для значений Р = 130 дБ, с = 11, 5 г/нм3, тож — 2 с, кривая на рис. 3.36 для Р = 140 дБ,/= 105 Гц, с — 6,1 г/нм . Анализ зависимостей на рис. 3.34 — 3.36 показывает, что степень укрупнения сажевых частиц в значительной мере зависит от звукового давления в коагуляционнои камере, исходной весовой концентрации частиц сажи, времени озвучивания и слабо зависит от частоты колебаний.
Сравнение выводов, сделанных выше с выводами в [1, 11, 63, 129], позволяет заключить, что степень укрупнения частиц технического углерода и исследованных ранее аэрозолей (дымов ТЭЦ, сталеплавильной пыли и др.) аналогично зависит от параметров звукового поля и аэродисперсной системы. Максимальная степень укрупнения частиц сажи (в 5,6 раза) получена при Р = 143 дБ, с = 11,5 г/нм3,/= 105 Гц, тож = 2 с. При таком укрупнении средний медианный размер сажевых частиц составляет 2,8 мкм. Частицы такого размера эффективно улавливаются существующими осадительными аппаратами. Степень укрупнения сажевых частиц практически не меняется в интервале частот звуковых колебаний от 100 Гц до 1500 Гц. Для частот менее 100 Гц наблюдается незначительное уменьшение степени укрупнения, так на частоте 20 Гц степень укрупнения уменьшилась лишь на 20 % от степени укрупнения при частоте 100 Гц. Для наглядной иллюстрации степени укрупнения са105 Гц, т03в. = 2 с. Дисперсное распределение по счету частиц не озвученного аэрозоля показано кривой, обозначенной цифрой 0. Из графиков видно, что в акустическом поле происходит значительное укрупнение субмикронных сажевых частиц за счет акустической коагуляции. С увеличением исходной весовой концентрации частиц средний по счету размер частиц сажи при озвучивании увеличивается. Параллельность кривых 1, 2 и 3 друг другу и кривой 0 свидетельствует о неизбирательном воздействии звука на взвешенные частицы сажи.
Зависимость степени укрупнения (для удобства сравнения результатов экспериментов с теорией воспользуемся зависимостью отношения средних медианных размеров несферических частиц озвученной С03в и исходной сажи С03в ) от звукового давления Р в коагуляционной камере, представлена на рис. 3.34, от частоты колебаний/- на рис. 3.34, от времени озвучивания тож — на рис. 3.36. На рис. 3.34 кривые 1, 2, 3 соответствуют значениям с = 1,1; 6,1; 11,5 г/нм3 и построены при/= 105 Гц, тож = 2 с. Кривая на рис. 3.35 приведена для значений Р = 130 дБ, с = 11, 5 г/нм3, тож — 2 с, кривая на рис. 3.36 для Р = 140 дБ,/= 105 Гц, с — 6,1 г/нм . Анализ жевых частиц в звуковом поле на рис. 3.37 показаны микрофотографии сажевых частиц при различных уровнях звукового давления. Динамика роста агрегатов сажевых частиц в зависимости от уровней звукового давления выбрана в качестве иллюстрации, поскольку из двух основных параметров звукового поля (частоты и звукового давления) параметром, определяющим степень укрупнения аэрозольных частиц в звуковом поле, является звуковое давление. На рис. 3.37 б, в, г показана степень укрупнения сажевых частиц в звуковом поле при следующих уровнях звукового давления 130 дБ, 135 дБ и 140 дБ. На рис. 3.37 а показана микрофотография частиц исходной (не озвученной) сажи. Микрофотографии рис. 3.37 соответствуют случаю, когда/= 105 Гц, с = 11,5 7нм3, tK = 2 с, Т= 60 С.
