Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ характеристик выбросов различных отраслей промышленности и современного состояния оборудования для их очистки 9
1.1 Классификация и основные характеристики аэрозолей 9
1.1.1 Характеристика вредных выбросов в химической промышленности 12
1.1.1.1 Источники дисперсных выбросов в сернокислотном производстве 13
1.1.1.2 Характеристика дисперсных выбросов при производстве фосфорсодержащих соединений и минеральных удобрений 13
1.1.1.3 Источник аэрозольного загрязнения при производстве пылеобразных материалов 14
1.1.2 Источник аэрозольного загрязнения при производстве технического углерода 15
1.1.3 Необходимость улавливания дисперсных примесей 16
1.2 Пылеулавливающее оборудование для очистки промышленных газов от дисперсных примесей 18
1.2.1 Сухое пылеулавливание 18
1.2.2 Фильтрация аэрозолей 20
1.2.3 Электрическая очистка газов 21
1.2.4 Мокрое пылеулавливание 22
1.2.5 Проблемы существующего оборудования для очистки отходящих газов от дисперсных примесей 24
1.3 Ультразвуковая коагуляция 26
1.3.1 Анализ факторов, влияющих на .эффективность процесса коагуляции под действием ультразвуковых колебаний высокой интенсивности 28
1.4 Обзор существующих акустических излучателей, предназначенных для воздействия на газовые среды 33
1.4.1 Аэродинамические излучатели 34
1.4.1.1 Газоструйные свистки 34
1.4.1.2 Динамические сирены 36
1.4.2 Электромеханические преобразователи 38
1.4.3 Электромеханические преобразователи с пьезоэлектрическим активным элементом 40
1.5 Постановка задач исследования 45
2 Теоретическое исследование процесса ультразвуковой коагуляции газодисперсных систем с целью установления оптимальных режимов ультразвукового воздействия и выработки общих требования к создаваемому оборудованию 48
2.1 Общий подход к выявлению оптимальных режимов ультразвукового воздействия для коагуляции газодисперсных систем 49
2.2 Вероятностная модель Смолуховского парных соударений дисперсных частиц 51
2.3 Существующая модель оценки вероятности соударения аэрозольных частиц 56
2.4 Модель определения вероятности соударения частиц с учетом вязкости среды 60
2.5 Теоретический анализ оптимальных условий процесса акустической коагуляции 72
3 Экспериментальное исследование и выявление оптимальных параметров ультразвукового воздействия для коагуляции аэрозолей 77
3.1 Выбор оборудования для проведения экспериментальных исследований 77
3.1.1 Концентратор 80
3.1.2 Согласующее бустерное звено 81
3.1.3 Излучающий элемент 82
3.2 Технические характеристики ультразвуковых излучателей для проведения экспериментальных исследований 84
3.3 Исследование процесса и выявление оптимальных режимов ультразвукового воздействия 84
3.3.1 Экспериментальная установка для проведения исследовании ультразвуковой коагуляции аэрозолей
3.3.2 Измерение параметров ультразвукового поля 92
3.3.3 Виды аэрозолей, использовавшихся при проведении экспериментов 94
3.3.4 Получение качественной картины воздействия ультразвуковыми колебаниями на газодисперсные системы 95
3.3.5 Исследование эволюции дисперсного состава аэрозоля в ультразвуковом поле 98
3.3.6 Определение зависимости эффективности коагуляции аэрозолей от частоты воздействия 103
3.3.7 Определение зависимости эффективности ультразвуковой коагуляции аэрозолей от уровня звукового давления 108
3.4 Определение возможности и оптимальных режимов ультразвуковой коагуляции аэрозолей, переносимых воздушными потоками 113
3.5 Выводы 118
4 Практическое применение ультразвуковой коагуляции аэрозолей
4.1 Исследование возможности и эффективности ультразвуковой коагуляции в больших объемах 120
4.2 Разработанные варианты промышленного применения ультразвуковой коагуляции аэрозолей 125
4.2.1 Примеры разработанных установок для коагуляции аэрозолей в газоходах 125
4.2.2 Усовершенствованная конструкция инерционного пылеуловителя 129
4.2.3 Применение ультразвуковой коагуляции для повышения степени очистки попутного нефтяного газа 132
Заключение 138
Список использованных источников 140
Приложение А Акт использования 154
- Проблемы существующего оборудования для очистки отходящих газов от дисперсных примесей
- Вероятностная модель Смолуховского парных соударений дисперсных частиц
- Экспериментальная установка для проведения исследовании ультразвуковой коагуляции аэрозолей
- Примеры разработанных установок для коагуляции аэрозолей в газоходах
Введение к работе
Значительная часть современных технологических процессов в химической промышленности и смежных отраслях связана с образованием большого количества аэрозолей с различной дисперсной фазой. Несмотря на все усилия, прилагаемые в области охраны природы, в атмосферу земли ежегодно поступает около 150 млн тонн различных аэрозолей искусственного происхождения с частицами микронного размера. Значительную долю выбросов газодисперсных систем с твердой и жидкой дисперсной фазой составляют такие отрасли промышленности, как химическая, цементная, горная, тепловая энергетика, металлургические заводы. Эти аэрозоли искусственного происхождения с частицами микронного размера имеют огромную суммарную поверхность взаимодействия, вследствие чего их химическая и биологическая активность столь высока, что они представляют чрезвычайную опасность для человека.
Применяемые разнообразные конструкции пылеулавливающего оборудования (циклоны, фильтры, пылеуловители, осадительные камеры) обладают существенными недостатками: сложность, а иногда и невозможность улавливания мелкодисперсных аэрозолей; невозможность использования в агрессивных и взрывоопасных газах; необходимость очистки или замены фильтрующего элемента, что приводит к значительному ограничению области применения подобных средств для очистки газовых сред. Таким образом, действенных способов и газоочистного оборудования, способных изменить создавшуюся экологическую обстановку, на сегодняшний день не существует. Это обусловливает необходимость решения указанной проблемы путем разработки новых технологий и современных устройств, позволяющих осаждать мелкодисперсные примеси с целью безопасного выброса отходящих газов в атмосферу, а в ряде случаев с целью улавливания и возвращения готового продукта в производственный цикл.
Перспективным направлением решения указанной проблемы является создание систем коагуляции дисперсных частиц ультразвуковыми (УЗ) колебаниями высокой интенсивности как в виде самостоятельных средств очистки, так и в составе инерционных пылеуловителей различного типа.
Ультразвуковая коагуляция имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными способами очистки: — способность коагулировать аэрозоли различного происхождения и дисперсности; — применимость к взрывоопасным и агрессивным газам; — возможность работы при высоких температурах и давлениях; возможность создания компактного оборудования.
Однако несмотря на указанные преимущества, УЗ коагуляция не нашла широкого промышленного распространения.
Причина неиспользования промышленных систем УЗ коагуляции связана с отсутствием системных теоретических и экспериментальных исследований, объясняющих механизм коагуляции аэрозоля в акустическом-поле и позволяющих определить параметры воздействия (уровень звукового давления, частота, время воздействия) на газодисперсные среды,, обеспечивающие максимальную эффективность процесса коагуляции.
Невозможность создания и применения промышленных систем УЗ коагуляции обусловлена также несовершенством излучателей, неспособных формировать акустические колебания высокой интенсивности в газовых средах, отсутствием исследований их технических характеристик и возможностей, применительно к реализации процесса коагуляции. Таким образом, задача теоретического и экспериментального определения оптимальных режимов ультразвукового воздействия и создания технологического оборудования, обеспечивающего повышение эффективности процесса коагуляции, является актуальной.
Целью работы является повышение эффективности процесса коагуляции газодисперсных систем с различной дисперсной фазой ультразвуковыми колебаниями высокой интенсивности за счет выявления оптимальных режимов воздействия, экспериментального подтверждения эффективности ультразвукового воздействия при помощи специальных излучателей и создания практических конструкций для систем газоочистки.
Работа является продолжением исследований, проводимых в «Лаборатории акустических процессов и аппаратов» Бийского технологического института (филиала) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползу нова».
Проблемы существующего оборудования для очистки отходящих газов от дисперсных примесей
Эффективность очистки в мокрых пылеулавителях в значительной степени зависит от удельного расхода жидкости, качества ее распыла, скорости газового потока и перепада давлений в установке.
Таким образом, основными недостатками устройств мокрого пылеулавливания являются: - необходимость использования большого количества воды, постройки соответствующих сооружений (водопроводы и водоочистные устройства), в связи с чем возрастают эксплуатационные расходы; - необходимость решения проблемы брызгоуноса (приводит к безвозвратным потерям орошающей жидкости) и коррозии оборудования; - образование больших объемов жидких отходов (шлама). Таким образом, если не предусмотрены замкнутая система водооборота и утилизация всех компонентов шлама, то мокрые способы газоочистки, по существу, только переносят загрязнители из газовых выбросов в сточные воды, т. е. из атмосферы в водоемы; — невозможность применения для улавливания полезных видов пыли. Это связанно с тем, что взвешенные частицы выделяются из воздуха путем промывки его жидкостью. Смачиваясь, они оседают или прилипают к поверхности, изменяя при этом свои физические свойства.
Проведенный анализ пылеулавливающего оборудования показал, что недостатки используемых устройств для очистки газов связаны с низкой эффективностью положенных в их основу физических эффектов, что приводит к снижению степени улавливания вредных веществ из промышленных газов.
Немаловажной проблемой пылеулавливающей техники является повышение экономичности процесса очистки. Известно, что современные системы очистки газов от пыли представляют собой относительно сложные сооружения, состоящие из комплекса собственно газоочистных и вспомогательных аппаратов (вентиляторы, электродвигатели, насосы) различных типов. Для установки необходимого вспомогательного оборудования требуются дополнительные площади, что приводит к увеличению материальных затрат на организацию монтажа оборудования и его эксплуатацию.
Наиболее часто встречающиеся задачи в области очистки отходящих промышленных газов связаны с необходимостью решения проблемы улавливания мелкодисперсных частиц и осаждением «полезной» пыли и (или) готового продукта. Задача улавливания «полезной» пыли, а также готового продукта из отходящих газов встречается в ряде промышленных производств (например, на предприятиях пищевой промышленности, на предприятиях по производству кремния, на заводах по производству технического углерода). Однако решить вышеуказанную задачу при использовании традиционных способов пылеулавливания довольно сложно. Использование мокрого способа пылеулавливания для. названной цели не является возможным в силу физического эффекта, положенного в его основу (улавливание мокрым способом приводит к изменению физических свойств пыли). Применения-электрофильтров ограничено в силу его избирательности в. отношении извлекаемых из газов- частиц, которые должны обладать невысоким удельным электрическим сопротивлением. Задача очистки промышленных газов от твердых примесей с малым размером частиц является довольно серьезной из-за-способности1 таких частиц глубоко проникать в дыхательную систему человека. Особенно остро такая задача стоит в области пищевой, химической, горной отраслей производства. Обеспечить высокую степень очистки отходящих газов от частиц микронного размера при помощи используемых на сегодняшний день средств пылеулавливания не представляется возможным. Это связано с тем, что используемые пылеулавливающие установки в той или иной степени уменьшают свою эффективность при увеличении дисперсности пыли. Увеличить степень очистки (улавливания) промышленных газов от вредных веществ возможно двумя путями: совершенствованием традиционных аппаратов пылеулавливания или поиском направлений в области усовершенствования техники пылеулавливания за счет использования новых физических принципов, способствующих повышению эффективности очистки. Учитывая, что дальнейшее совершенствование существующих аппаратов с целью получения дополнительного процента повышения эффективности дается с большим трудом, а иногда и вовсе невозможно, наиболее разумным способом увеличения степени очистки от вредных выбросов является второй путь. Возможным вариантом использования нового физического принципа для повышения степени очистки может служить применение энергии акустических колебаний ультразвуковой частоты высокой интенсивности (ультразвуковая коагуляция). Коагуляция ультразвуковыми колебаниями обладает следующими преимуществами: - позволяет осаждать высокодисперсные аэрозоли, улавливание которых обычными аппаратами сопряжено со значительными трудностями, а иногда невозможно; - применимость к агрессивным газам; - возможность работы при высоких температурах и давлениях; - компактность аппаратуры, возможность установки в аспирационную шахту. Таким образом, применение ультразвуковых колебаний высокой интенсивности для улавливания дисперсных примесей позволит повысить эффективности очистки.
Вероятностная модель Смолуховского парных соударений дисперсных частиц
С целью выявления оптимальных режимов акустического воздействия для коагуляции мелкодисперсных аэрозолей; определяющих общие требования:; к разрабатываемому ультразвуковому (УЗ) технологическому оборудованию, необходимо осуществить моделирование- процесса коагуляции на макроскопическом уровне, позволяющее определить статистические характеристики газодисперсной; системы, такие как концентрации частиц разных размеров или дисперсный состав аэрозоля в зависимости от времени: УЗ воздействия: Эффективность коагуляции1 определяется долей крупнодисперсных частиц после УЗ воздействия заданной: длительности, которые осаждаются- значительно; быстрее под действием? сил гравитационной притяжения. ВВ качестве критерия оценю доли крупнодисперсных частиц возможно использовать интегральную (суммарную по всем частицам) концентрацию дисперсной фазы n(t) в определённый момент времени / с начала акустического воздействия. Интегральная концентрация связана, с долей крупноразмерных аэрозольных капель, обратной зависимостью; справедливой ввиду постоянной водности,; аэрозоля. С увеличением- доли крупноразмерных капель падает их концентрация. Соответственно, достижение наименьшего значения концентрации при- определённых режимах УЗ воздействия; означает максимальную эффективность коагуляции.
Конечной целью исследования; модели процесса коагуляции для выявления оптимальных- режимов акустического? воздействия является установление функциональных зависимостей между следующими величинами: — зависимость интегральной концентрации n(t) аэрозольных частиц от времени t при заданных значениях начального радиуса частиц а0 и начальной концентрации дисперсной фазы щ и режимах акустического воздействия (частота /и уровень звукового давления LSp); — зависимость оптимальной частоты коагуляции от радиуса частиц при постоянной водности аэрозоля о и заданных значениях уровня звукового давления LSP и времени- воздействия Т. При этом под оптимальной частотой понимается такая частота, при которой значение концентрации в момент времени Т с начала акустического воздействия минимально согласно функциональной зависимости интегральной концентрации аэрозольных частиц от ряда величин, представленной выше п(а0,п0, forT,LSI,,T)=mmn(a0,n0, f,LSI,,Т); конечной концентрации аэрозольных частиц в заданных момент времени Т с начала воздействия, от уровня звукового давления при заданных остальных. значениях влияющих параметров (частота, уровень звукового давления, начальная концентрация частиц и т. д.), определяющая зависимость эффективности коагуляции от уровня звукового давления. Для определения оптимальных режимов акустического воздействия необходимо прежде всего выявить функциональную зависимость n = n(a0,n0,f,Lsp,t), на основании которой определяется оптимальная частота и уровень звукового давления. В 1916 г. Смолуховский впервые предложил модель, описывающую кинетику процессов коагуляции на макроскопическом уровне, происходящих под влиянием различных физических механизмов (броуновская, ультразвуковая и т. д.). Модель Смолуховского позволяет выявить динамику изменения дисперсного состава (концентраций частиц разных размеров) с течением времени. При этом интегральная концентрация частиц определяется путём простого суммирования концентраций частиц разных размеров. Таким образом, с помощью модели Смолуховского возможно найти искомую функциональную зависимость n = n(a0,nQ,f,LSP,t) и в дальнейшем определить оптимальные режимы акустического воздействия. 2.2 Вероятностная модель Смолуховского парных соударений дисперсных частиц Наиболее известным и подтверждённым экспериментально является подход к моделированию УЗ коагуляции, основанный на вероятностной модели парных соударений жидких частиц, предложенной Смолуховским [38, 39]. Данный подход позволяет избежать расчёта положений отдельных частиц в каждый момент времени, требующего огромных затрат вычислительных ресурсов ЭВМ. Вероятностная модель Смолуховского даёт возможность свести задачу выявления зависимости дисперсного состава коагулируемого аэрозоля от времени к системе дифференциальных уравнений 1-го порядка, которая связывает концентрации частиц разных размеров пк, представляющих собой функции времени щ=п$). Модель Смолуховского основывается на следующих допущениях: 1. Частицы имеют дискретные массы. Масса каждой частицы пропорциональна заданной величине то и равна кто, где к - натуральное число. Дисперсный состав аэрозоля определяется функциями щ(і) — концентрациями аэрозольных капель с массой кто или Ar-мер в зависимости от времени. В результате столкновения к и /-меры образуется (ft+ -мера. 2. Аэрозольные частицы всегда обладают сферической формой. При сферической форме поверхности аэрозольной капли достигается минимум потенциальной энергии поверхностного натяжения жидкости, соответствующий состоянию устойчивого равновесия. 3. Мгновенное образование сферических агломератов после столкновения частиц (теория «быстрой» коагуляции). Данное допущение предполагает, что время постепенного приобретения образовавшимся агломератом сферической формы с момента начального контакта частиц существенно мало по сравнению с временем пробега капель между столкновениями. 5. Парные соударения флоккул. Вероятность одновременно столкновения 3-х и более аэрозольных капель пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью соударения 2-х частиц. 6. Пространственная однородность процесса коагуляции. Рассматривается процесс коагуляции в некоторой выделенной области, в пределах которой амплитуда колебаний акустического давления среды практически неизменна. Распределение ультразвукового давления определяется диаграммой направленности разрабатываемых электроакустических преобразователей. 7 . Пренебрежимая малость сил гравитации при воздействии УЗ4 колебаниями высокой интенсивности на начальной- стадии процесса. Численные оценки показывают, что колебательная скорость увлекаемых акустическим полем аэрозольных капель размером менее 10 мкм (начальный радиус) при уровне звукового давления более 130 дБ превышает в десятки раз скорость осаждения частиц под действием сил гравитации. Например, скорость осаждения сферической капли размером 5 мкм можно определить следующим образом. Оказавшись в газовой среде, частица начинает двигаться с ускорением. Однако по мере увеличения скорости частицы возрастает и сила сопротивления среды Fc. В некоторый момент времени эта сила уравновешивает силу тяжести, и далее частица оседает уже с постоянной скоростью.
Экспериментальная установка для проведения исследовании ультразвуковой коагуляции аэрозолей
Проведенный в разделе 2, теоретический анализ процесса акустической коагуляции позволил выявить оптимальные режимы воздействия. Было установлено, что для эффективной коагуляции аэрозолей акустическое воздействие должно осуществляться с частотой колебаний более 20 кГц, (т.е. в ультразвуковом диапазоне частот) и уровнем звукового давления, не менее 130 дБ.
Выявление (определение) оптимальных режимов ультразвукового воздействия позволило сформулировать основные требования к ультразвуковым аппаратам для коагуляции аэрозолей: 1) частота излучения, кГц, не менее 20; 2) формируемый уровень звукового давления, дБ, не менее 130. Поэтому для. эффективной реализации процесса ультразвуковой коагуляции возникает необходимость выбора и применения излучателя, технические характеристики которого соответствуют заявленным,» требованиям. Как было показано в разделе 1, используемые в промышленности аэродинамические излучатели не способны генерировать акустические колебания-с уровнем звукового давления более 130 дБ на высоких частотах (более 22 кГц). В связи с этим использование таких излучателей для коагуляции мелкодисперсных аэрозолей является неэффективным.
Наиболее перспективным излучателем для создания ультразвуковых колебании в воздушной среде является пьезоэлектрическая ультразвуковая колебательная система. Ультразвуковая колебательная система, предназначенная для воздействия на различные аэрозоли, должна состоять из трех основных узлов: электроакустического преобразователя, концентратора - усилителя механических колебаний и излучающего элемента [51, 52, 53]. Электроакустический преобразователь осуществляет преобразование энергии электрических колебаний ультразвуковой частоты в продольные механические колебания. Концентратор осуществляет их трансформацию и передачу излучающему элементу. Излучающий элемент осуществляет непосредственный ввод ультразвуковой энергии в обрабатываемую среду.
Конструкция такой УЗКС, разработанной в лаборатории акустических процессов и аппаратов Бийского технологического института АлтГТУ, схематично показана на рисунке 3.1. Представленная конструкция УЗКС состоит из полуволнового преобразователя 1, 2, 3, полуволнового бустерного звена (бустера) 4, полуволнового концентратора 6, дискового излучателя 7.
В качестве конструкции преобразователя была выбрана конструкция многоэлементного преобразователя, представляющая собой несколько одноэлементных полуволновых электроакустических преобразователей, поставленных под углом друг к другу, акустические оси которых сходятся в одной точке, причем в этой же точке пересекаются плоскости выходных торцов концентраторов. На рисунке 3.2 представлена схема образования многоэлементного преобразователя [54, 55, 56]. Так как передняя частотопонижающая накладка (концентратор) является общей, она представляет собой тело вращения, образующая которого огибает воображаемые передние излучающие накладки (концентраторы) одноэлементных электроакустических преобразователей. Для увеличения амплитуды колебаний, получаемых с помощью электроакустических преобразователей, используют резонансные трансформаторы скорости - концентраторы. В общем случае они представляют собой стержни переменного сечения, присоединяемые к преобразователю более широким концом. По форме образующей концентраторы подразделяются на конусные, экспоненциальные, катеноидальные и ступенчатые, ампульные, которые характеризуются различными коэффициентами усиления, разными величинами механических напряжений [57, 58]. Каждый из вышеперечисленных концентраторов характеризуется рядом преимуществ и недостатков. Поэтому был использован составной концентратор, обладающий более совершенными конструктивными формами [59]. Для исключения поломок концентратора и улучшения прочностных характеристик была использована конструкция концентратора, характеризующаяся уменьшенными механическими напряжениями, возникающими в зоне перехода [60]. Такой концентратор представляет собой тело вращения с тремя цилиндрическими участками разных диаметров, соединенных между собой радиальными переходами, причем цилиндр наименьшего диаметра находится посередине. Эскиз концентратора представлен на рисунке 3.3.Конструкция усиленного концентратора обеспечивает все необходимые требования по обеспечению механической прочности преобразователя в целом. Применение подобной конструкции в составе УЗКС позволяет повысить амплитуду колебаний до 50 мкм и обеспечить передачу колебаний излучающему элементу. Главной целью использования согласующего бустерного звена (бустера) в конструкции ультразвуковой колебательной системы является обеспечение крепления на электроакустическом преобразователе в корпусе в нуле колебаний бустерного звена [61]. Кроме того, бустер предназначен для согласования пьезоэлектрического преобразователя и концентратора акустических колебаний, обеспечения механической прочности электроакустического преобразования, увеличения амплитуды ультразвуковых колебаний.
Примеры разработанных установок для коагуляции аэрозолей в газоходах
Для . исследования процесса ультразвуковой коагуляции и подтверждения теоретически выявленных режимов» ультразвукового воздействия был проведен:ряд экспериментов, заключавшихся:
Г. В исследование качественной картины воздействия ультразвуковыми колебаниями:на: газодисперсные системы.. В исследование эволюции: дисперсного состава аэрозоля/ в ультразвуковом поле. Проведение этих экспериментов, необходимо, поскольку известно, что ультразвуковое воздействие на аэрозоль является эффективным методом осаждения-рассеивания аэрозоля [32, 67]. Однако причинами уменьшения концентрации аэрозоля (просветление) в объеме камеры могут быть: — коагуляция частиц аэрозоля за счет ультразвукового воздействия. При этом должно происходить существенное увеличение исходного размера частиц аэрозоля; - осаждение частиц аэрозоля, например, за счет силы тяжести или за счет потоков, развивающихся в аэрозольной камере под действием радиационного давления. При этом никакого значительного увеличения исходного размера частиц происходить не должно. Поэтому, чтобы выявить действительную причину уменьшения концентрации аэрозоля при акустическом воздействии, необходимо провести эксперимент по исследованию эволюции дисперсного состава аэрозоля в ультразвуковом поле. 3. В определение зависимости эффективности коагуляции аэрозолей от частоты воздействия. Необходимость проведения этого типа экспериментов обусловливается тем, что многими авторами [12, 23] высказана идея о зависимости оптимальной частоты воздействия от размера коагулируемых частиц, но на сегодняшний день практически отсутствуют публикации, содержащие результаты экспериментальных исследований, направленных на подтверждение данной зависимости. Большинство проведенных ранее экспериментальных исследований были проведены в области низкочастотного диапазона (до 10 кГц), что было обусловлено отсутствием оборудования, способного генерировать колебания в ультразвуковом диапазоне частот. Поэтому в рамках диссертационной работы был проведен ряд экспериментальных исследований, направленных на исследование процесса коагуляции мелкодисперсного аэрозоля в ультразвуковом диапазоне частот (свыше 20 кГц). 4. Определение зависимости эффективности ультразвуковой коагуляции аэрозолей от уровня звукового давления. Проведение этих исследований необходимо для подтверждения теоретических найденных зависимостей. Конечно, на сегодняшний день существуют работы [68, 69] экспериментального характера, посвященные исследованию акустической коагуляции аэрозолей. Однако следует заметить, что результаты, полученные различными учеными, часто бывает трудно сопоставить, потому что все эксперименты проведены при различных акустических условиях. Поэтому в рамках диссертационной работы, был проведен ряд экспериментальных исследований, направленных на исследование процесса коагуляции мелкодисперсного аэрозоля при различных уровнях звукового давления в ультразвуковом диапазоне частот (свыше 22 кГц). 5. Определение оптимальных условий ультразвуковой коагуляций-аэрозолей, переносимых воздушными потоками. Для представления полной картины процесса коагуляции необходимо рассмотреть не только коагуляцию в замкнутом технологическом объеме; но и коагуляцию в потоке воздуха, так как она существенно отличается от коагуляции в замкнутом объеме. Акустические условия проведения эксперимента в потоке воздуха значительно отличаются от условий эксперимента в замкнутом технологическом объеме при отсутствии потоков воздуха. Кроме того, проведение этих экспериментов необходимо для определения возможности практического применения ультразвуковой коагуляции в промышленных объектах при движении аэрозоля с потоком воздуха (например, в трубопроводах, дымоходах, осадительных камерах, циклонах). Поэтому существенный интерес представляет исследование условий коагуляции в потоке воздуха.
Основу экспериментальной установки составляет аэрозольная камера, которая представляет собой металлический кожух 4 с конструктивными ребрами жесткости (фланцами) и опорой для установки на фундаменте. В верхней части кожуха выполняются отверстия для присоединения выходных патрубков от ингаляторов или от воздушных компрессоров 7 . На фланце 6 размещаются изображения контрастных объектов, фотосъемка которых выполняется через специальное технологическое отверстие, выполненное на крышке 5, в ходе выполнения эксперимента. Для освещения контрастных объектов внутри аэрозольной камеры близи от фланца 6 устанавливается источник света - люминесцентная лампа 10, пропускающая световой поток в заданном направлении. Объем аэрозольной камеры 1,25 м .
Ультразвуковой излучатель 1 предназначен для осуществления акустического воздействия на аэрозоль. Особенностью конструкции используемых ультразвуковых излучателей является использование двухстороннего излучения диска. Для одновременного использования излучения тыльной и фронтальной сторон дискового излучающего элемента, и увеличения площади излучения был использован отражатель 2, представляющий собой два усеченных пересекающихся конуса.
Для пояснения принципа действия используемого отражателя на рисунке ЗЛО представлены его трехмерная модель и схематичное изображения УЗКС с установленным отражателем (стрелками показано направление распространения ультразвуковых колебаний).
