Том 335 № 8 (2024)

DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2024/8/4395

Повышение эффективности коагуляции в резонансных промежутках за счет формирования акустических течений

Актуальность исследования обусловлена острой необходимостью ликвидации загрязнений окружающей среды промышленными выбросами различных твердых частиц. При этом максимальное внимание уделяется очистке отходящих газов от частиц размером 2,5 мкм и менее. Одним из наиболее перспективных способов повышения эффективности существующего газоочистного оборудования при улавливании таких частиц является их коагуляция за счет воздействия на газовый поток высокоинтенсивными акустическими колебаниями ультразвуковой частоты. Однако при низкой концентрации, даже при максимально допустимом уровне звукового давления, эффективность коагуляции частиц размером менее 2,5 мкм недостаточна для увеличения степени улавливания газоочистного оборудования. Поэтому существует настоятельная необходимость поиска новых путей дальнейшего повышения эффективности ультразвуковой коагуляции частиц размером менее 2,5 мкм. Цель: определение условий формирования вихревых потоков в ультразвуковых полях с максимальным по уровню звукового давления ультразвуковым воздействием; проведение сравнительных исследований процесса коагуляции частиц с размером 2,5 мкм при наличии вихревых потоков и без них. Это позволит определить реальные значения повышения эффективности УЗ-коагуляции при турбулизации газодисперсного потока акустическими течениями в сравнении с коагуляцией в равномерном УЗ-поле и без него. Объекты: процесс коагуляции частиц под воздействием однородного и неоднородного ультразвуковых полей. Методы: Компьютерное моделирование формируемого ультразвукового поля методом конечных элементов с помощью гармонического акустического анализа. Моделирование и разработка дисковых излучателей методом конечных элементов в модальном анализе. Рассматривается экспериментальный метод исследования процесса объединения частиц под воздействием ультразвуковых колебаний. Для определения характеристик аэрозоля при проведении экспериментальных исследований использован измеритель ТИПАС-1, основанный на методе малоуглового рассеяния и методе спектральной прозрачности. Результаты. Представлены результаты исследований процесса коагуляции частиц размером 2,5 мкм и менее в ультразвуковом поле, формируемом в резонансных промежутках колеблющимися дисковыми излучателями. Предложен новый путь повышения эффективности коагуляции в резонансных промежутках за счет применения ультразвуковых дисковых излучателей, способных формировать в резонансных промежутках чередующиеся зоны максимальных и минимальных по амплитуде колебаний. Создание таких зон обеспечило формирование акустических течений вихревого типа, способных перемещать частицы в пределах узловых областей стоячей волны и между ними. Вовлечение в формируемые течения мелких частиц позволило повысить вероятность их столкновения. Установлено, что более эффективная УЗ-коагуляция обеспечивает повышение степени инерционного улавливания для частиц размером 2,5 мкм на 6 % – от 89 до 95 %, для частиц размером 1,5 мкм на 7 % – от 85 до 92 %, а для частиц размером 0,5 мкм на 9 % – от 76 до 85 %.

Ключевые слова:

Ультразвук, газоочистка, коагуляция, агломерация, акустическое поле, фракционная эффективность, резонансный промежуток, вихревой поток

Авторы:

Владимир Николаевич Хмелев

Виктор Александрович Нестеров

Андрей Викторович Шалунов

Сергей Александрович Терентьев

Скачать pdf