Диффузионное осаждение
Частицы малых размеров подвержены воздействию броуновского (теплового) движения молекул. Перемещение частиц в этом случае описывается уравнением Эйнштейна [2], согласно которому средний квадрат смещения частицы составляет
(2.40)
где Dч- коэффициент диффузии частицы, характеризующий интенсивность броуновского движения, м2/с
При справедливости закона Стокса, когда размер частиц больше среднего пути пробега молекул, коэффициент диффузии можно выразить как функцию размера частиц
где - постоянная Больцмана, равная 1,38·10-23 Дж/К.
При < коэффициент диффузии может быть рассчитан по уравнению
где ρг- абсолютное давление газов, Па
Коэффициент диффузии Dч входит в безразмерный комплекс, характеризующий отношение сил внутреннего трения к диффузионным силам. Этот комплекс получил название критерия Шмидта Sc, иногда называемого диффузионным критерием РrD
Другим критерием, используемым в практике диффузионных расчетов, является критерий Пекле Ре, представляющий собой отношение конвективных сил к диффузионным силам
где - определяющий линейный параметр обтекаемого тела.
Величина, обратная критерию Ре, является параметром диффузионного осаждения и обозначается через D.
Ниже приведены значения коэффициента диффузии частиц, рассчитанные по формуле (2.41) (для воздуха при нормальных условиях) и значения критерия Sc:
Размер частиц, мкм………………… | 1,0 | 0,1 | |
Коэффициент диффузии, м2/с…... | 2,4·10-12 | 2,7·10-11 | 6,1·10-10 |
Критерий Sc………………………… | 6,4·106 | 5,6·105 | 2,5·104 |
Как видно из приведенных данных, коэффициент диффузии резко увеличивается с уменьшением размера частиц. Однако скорость диффузии даже субмикронных частиц весьма мала по сравнению со скоростью диффузии молекул газов, поскольку коэффициент диффузии частиц на несколько порядков меньше.
Для расчета величины осаждения частиц за счет диффузии можно использовать формулы, полученные при рассмотрении процессов молекулярной диффузии.
Так согласно [4], массовую скорость частиц Gч (кг/с), диффундирующих на шар при <3 и ≈106, можно рассчитать по формуле
где - концентрация частиц в потоке, кг/м3.
при ReT= 600 - 2600 и том же значении критерия можно воспользоваться формулой [6]
а при =100 -700 и ≈1·103- формулой [7]
Для расчета эффективности диффузионного осаждения частиц при обтекании газовым потоком шара было предложено выражение
Уравнение для расчета эффективности диффузионного осаждения на цилиндре при вязком его обтекании имеет вид [5]
а при потенциальном осаждении
Согласно вышеприведенным уравнениям, эффективность диффузионного осаждения обратно пропорциональна размерам частиц и скорости газового потока.
Дата добавления: 2017-09-01; просмотров: 1289;