Адгезия частиц различного размера, на поверхностях, расположенных на пути движения дисперсного материала будет определяться скоростью частиц, их размерами и особенностью движения. Адгезия частиц возможна при появлении сил, препятствующих удалению частиц с поверхности но необходимым условием адгезии является прежде всего подход частицы к поверхности и время контакта с ней.
При адгезии важное значение имеет скорость в процессе контакта частиц с поверхностью, т. е. скорость частиц, при которой происходит их адгезия. Для неподвижного объекта эта скорость является абсолютной, а для подвижного (например, во вращающихся печах) необходимо сопоставлять скорость объекта со скоростью запыленного потока, т. е. учитывать относительную скорость контакта.
Относительная скорость контакта частиц с поверхностью может колебаться в широких пределах. В случае свободного оседания частиц эта скорость не превышает 1 м/с. При движении частиц в процессе пневмотранспорта относительная скорость может достигнуть несколько сотен м/с. При увеличении скорости частиц от 1 м/с до некоторого значения, которое специфично для каждой поверхности число прилипших частиц уменьшается. Затем в некотором диапазоне скоростей это число остается примерно постоянным, а при дальнейшем увеличении скорости наблюдается рост числа прилипших частиц. Закономерности, обусловливающие зависимость числа прилипших частиц от скорости потока, изменяются дважды. Точки перехода от участка к участку являются критическими, а скорости, им соответствующие, — первая критическая v1и вторая критическая v2.
Основными факторами, влияющими на удержание частиц, являются размеры и скорость частиц, а также упругие свойства материалов контактирующих тел. Число прилипших частиц зависит от материала поверхностей, которые можно по степени их запыленности расположить в следующем порядке: дюралюминий, текстолит и сталь. Чем меньше частиц закрепляется на поверхности, тем больше значения v2.
Значения первой и второй критических скоростей в зависимости от материала поверхности:
Материал поверх ности ....... Дюралюминий Текстолит Сталь
v1м/с 29 36 43
v2, м/с 40 100 130
Для выяснения причин изменения числа осевших частиц и определения критических скоростей при изменении материала поверхностей следует рассмотреть механизм закрепления частиц в зависимости от скорости потока. Условия закрепления частиц на поверхностях можно выразить следующим неравенством:
Fи+ Fад+Fтр+Р>Fупр+Fл(IX, 1)
где Fи— сила инерции; Fад — сила адгезии; Fтр— сила трения; Р — вес частицы; Fупр— сила упругого отталкивания; Fл— лобовая сила.
При скорости воздушного потока, равной или меньшей первой критической, происходит упругая деформация зоны контакта. После отрыва таких частиц восстанавливается форма поверхности зоны контакта.
Вес частиц значительно меньше сил адгезии им можно пренебречь. В пограничном слое лобовая сила резко уменьшается, поэтому отрыв частиц происходит при скорости, значительно большей, чем осаждение частиц. После контакта сила инерции исчезает. Тогда условие закрепления частиц если Fтр = 0, можно представить в следующем виде:
Fад>Fупр (IX, 2)
Естественно отрыв частиц будет тогда, когда
Fупр>Fад (IX,3)
В свою очередь, упругая сила равна:
Fупр= Купр×r2×v6/5(IX,4)
где Купр — константа, зависящая от упругих свойств материала; r, v— радиус и скорость частиц соответственно.
С увеличением скорости частиц растет сила упругого отталкивания, облегчается условие отрыва частиц и снижается число прилипших частиц. Это снижение происходит до тех пор, пока силы упругого отталкивания не придут в равновесие с силами, препятствующими отрыву частиц, т. е. с силами адгезии.
Следовательно, первая критическая скорость возникает при условии, когда силы упругого отталкивания определяют максимальный отскок частиц.
При рассмотрении адгезии и отскока частиц необходимо учитывать условия контакта частице поверхностью при обдуве ее воздушным потоком. Некоторые частицы, прежде чем прилипнуть к поверхности, совершают вращательное движение. Так, при осаждении сферических стеклянных частиц диаметром 28,9 мкм на стеклянной поверхности при скорости потока 5,3 м/с и Re = 24400 отскакивают примерно 55% частиц, 5% частиц совершают вращательное движение и перемещаются по поверхности, а остальные частицы прилипают.
Величина Fупр прямо пропорциональна квадрату радиуса частиц r2, а сила адгезии пропорциональна 1/r. Отсюда отношение Fад/Fупр ~ 1/r3 зависит как от условий обтекания препятствий, так и от упругих свойств поверхности. При одинаковых условиях обтекания величина N прямо пропорциональна отношению Fад/Fупр. Так как это отношение растет с уменьшением размера частиц, то, следовательно, с уменьшением rбудет увеличиваться и N. При увеличении скорости воздушного потока прилипание крупных частиц уменьшается/ Частицы диаметром менее 1 мкм прилипают, все даже при относительно больших скоростях потока (до 15 м/с).
Условие отскока частиц пыли выражается неравенством:
v2>(2Faд/m)[(1-k2)/k](IX, 8)
где т — масса частицы; k— отношение вертикальных компонент скоростей частиц после и до удара.
Приняв k= 0,8; Н = 5×10-8 см; r = 2 г/см3, получим зависимость скорости, при которой возможна адгезия частиц, от их диаметра
v<30/d(IX, 9)
Как следует из уравнения энергия прилипания движущихся частиц к поверхности зависит от радиуса площади контакта rк, в свою очередь определяющегося упругими свойствами контактирующих тел. Для уменьшения сил адгезии частиц пыли нужно выбирать покрытия с повышенной твердостью.
Кинетическая энергия удара превышает энергию адгезии частиц диаметром 2 мкм при скорости движения более 10 см/с. Прилипание кварцевых частиц диаметром 2 мкм к гладким кварцевым поверхностям возможно при скорости движения частиц менее 15 см/с.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
