УДК 697

Пылеуловитель с пеногасящей пористой структурой

Генбач Александр Алексеевич – профессор кафедры тепловых энергетических установок Алматинского университета энергетики и связи имени Гумарбекова Даукеева, г. Алматы.

Толегенулы Адил – магистрант Алматинского университета энергетики и связи имени Гумарбекова Даукеева, г. Алматы.

Аннотация: В статье исследуется пылеуловитель с пеногасящей пористой структурой. Материал дает характеристику о расчете гидравлического сопротивления сетчатой структуры по транспорту жидкости. Проводятся экспериментальные исследования по интенсификации процессов тепломассопереноса в околокритической области. Статья подробно освещает преимущества данного устройства. Были проведены эксперименты на устойчивость многофазного пограничного слоя по перегреву металлической стенки. Также в научной статье были показаны расчеты на суммарный коэффициент газодинамического сопротивления для пластины и структуры. Определено, что основные потери энергии приходятся на гидродинамическое сопротивление многофазного слоя в объеме.

Ключевые слова: пенообразователь, гидравлическое сопротивление, газодинамическое сопротивление, вязкость газа, конденсация водяного пара.

Пеногасящая пористая структура (табл. 3) вида 0,55х0,4х0,14 проявила практически такие же низкие качества по переносу энергии и вещества, как и структура 0,4х0,14х0,08, за счет организации процесса кипения пенообразователя в объеме и на поверхности, позволяет активно разрушить пенный поток и улавливать пыль микроскопических размеров за счет растущих встречно пенному потоку паровых пузырей, генерируемых подводимым теплом от нагреваемой перфорированной электропроводящей пластины и увеличить продолжительность работы между регенерациями.

Таблица 3. Опытные данные по интенсивности процессов тепломассопереноса в пеногасящих пористых структурах.

По сравнению с известным техническим решением за счет того, что нагрев пластины производится электрическом током, процесс пенообразования стал более управляемым, чем это имеет место в современных воздухо-газодувных машинах, имеющий низкую устойчивость работы.

Описанные преимущества предлагаемого устройства, определяемые наличием кипящей устойчивой пленки пенообразующего раствора в тепло и гидродинамическом многофазном пограничном слое, наблюдались путем голографической интерферометрии и скоростной киносъемки. Высокая устойчивость кипящих пленок жидкости в предлагаемых пористых структурах обеспечилась равномерным подводом раствора распылителем за счет комбинированного действия массовых (гравитационных сил и сил давления) и капиллярных сил.

Экономический эффект от внедрения предложенного пылеуловителя будет иметь место за счет сокращения расхода пенообразующего раствора в 1,5 раза при переменных режимах работы, увеличения удельной производительности в 1,5 раза, уменьшения в 1,5 раза материалоемкости, габаритов и в 2,5 раза массы установки, уменьшения в 2,5 раза гидравлического сопротивления и в 1,09 раза – газодинамического сопротивления, что уменьшает расход энергии на привод насосов и вентиляторов, увеличивает продолжительность работы между регенерациями, позволяет упростить условия эксплуатации аппарата, а значит возрастает надежность, срок службы устройства, снижаются капитальные и эксплуатационные расходы.

Социальный эффект будет иметь место за счет высокой эффективности улавливания микро и ультрамикроскопической пыли, особенно опасной для организма человека.

Остальные технико-экономические показатели предлагаемого пылеуловителя не будут уступать существующим пенным пылеуловителям: можно очищать высокотемпературные газы, причем частичная конденсация водяного пара пены будет способствовать увеличению коэффициента захвата пылинок, обеспечиваются условия взрыво-пожаробезопасности.

В целом, предложенное устройство позволяет повысить условия охраны труда работающих, улучшить природную среду и сократить капитальные и эксплуатационные затраты.

Расчет гидравлического сопротивления сетчатой структуры по транспорту жидкости произведем по формуле:

где

К_у – условный коэффициент проницаемости.

Тогда:

Гидравлическое сопротивление:

что в 12/4,8 = 2,5 раза меньше, чем в прототипе (структура 0,08х0,14х1) несмотря на то, что предложенная структура имеет меньше значения сечения и условного коэффициента проницаемости.

При максимальной нагрузке пылеуловителя 8·10⁵ Вт/м², гидравлическое сопротивление равно:

Сопротивление пенных пылеуловителей составляет 1500+1800 Па /3/, что в  2,3 раза больше. Это позволит сократить расход энергии на привод насоса подачи пенообразующей жидкости.

Газодинамическое сопртивление системы: перфорированная пластина – пористая структура:

Где ρ – плотность газа, ρ = 1,2 кг/м³ :

W_BX – скорость газа на входе в пластину, W_BX = 3 м/с;

суммарный коэффициент газодинамического сопротивления для пластины и структуры. Определяется по диаграмме 8-2 и 8-6 соответственно.

Для решетки со срезанными по потоку краями отверстий (диаграмма 8-2) при отношении

Коэффициент 

L – ширина решетки; d₂ – гидравлический диаметр решетки;

F – относительная площадь живого сечения решетки.

Для сетки критерий Рейнольдса:

ε = 0,7;

ν – коэффициент кинематической вязкости газа.

ν = 15 · 10^-6 м²/с;

d – средний диаметр проволоки сеток, d – 0,22 · 10^-3 м.

Поскольку Re > 50 то:

Суммарный коэффициент газодинамического сопротивления системы: перфорированная пластина – пористая структура:

Окончательно получим:

Что в 21,1/19,4 = 1,09 раза меньше, чем в известном устройстве.

Для пеногасящей пористой структуры расчеты гидравлического и газодинамического сопротивлений производится аналогично и их величины имеют также меньшие значения, чем в традиционном пылеуловителе.

Таким образом, газодинамическое сопротивление предложенных пористых структур меньше, чем для известного сетчатого пылеуловителя и является минимальным из всех применяемых видов пористых материалов (порошки, волокнистые и керамические материалы). Основные же потери энергии приходятся на гидродинамическое сопротивление многофазного слоя в объеме и на поверхности пористой структуры, которое, однако, имеет наименьшее значение по сравнению с мокрыми пенными пылеуловителями.

Список литературы

1. Полежаев Ю.В., Юрьевич Ф.Б. Тепловая защита. – М.: Энергия, 1976. -392 с.
2. Теория тепломассобмена / Под ред. А.И. Леонтьева. – М.: Высшая школа, 1979. – 495с.
3. Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стежин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парооразовании. – М.: Высшая школа, 1986. – 448с.
4. Охрана окружающей среды / Под ред. С.В. Белова. – М.:Высшая школа, 1983. – 264 с.
5. Идельчик И.В. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение. 1975. -559 с.