CC BY
7Сонечкин В. М., Панасевич Л. Т., Рачкаускас А.
О ХАРАКТЕРЕ ПЕРЕНОСА ДРЕВЕСНОЙ ПЫЛИ В СИСТЕМЕ АСПИРАЦИИ
В статье показано, что способность воздушного потока переносить пылевые частицы зависит от падения давления внутри воздуховода и шероховатости внутренней поверхности системы.
Ключевые слова: пыль, шероховатость, ламинарный поток, турбулентный поток.
Sonechkin V., Panasevich L., Rackauskas A.
ABOUT THE NATURE OF WOOD DUST TRANSFER IN THE ASPIRATION SYSTEM
The article shows that the ability of the air flow to carry dust particles depends on the pressure decline inside the air pipe and the roughness of the inner surface of the system.
Keywords: dust, roughness, laminar flow, turbulent flow.
Удаление пылевых отходов, которые образуются при механической обработке древесных материалов в оборудовании и производственном помещении, осуществляется системой аспирации. При этом древесная пыль может накапливаться внутри воздуховода, создавая во внутреннем объёме условия, потенциально опасные с точки зрения пожаровзрывобезопасности. Кроме того, накопление древесной пыли внутри воздуховода приводит к снижению скорости движения пылевоздушной смеси, что ведёт к повышению пожаровзрывоопасно-сти процесса.
Для того чтобы оценить, какие условия благоприятствуют процессу накопления древесной пыли внутри воздуховода и сформулировать требования к его конструкции и режиму эксплуатации, необходимо понять, как формируется воздушный поток, переносящий древесную пыль внутри воздуховода. Общая теория такого
рода потоков довольно хорошо разработана [1, 2]; имеется ряд работ, направленных на решение практических задач пылеотде-ления и вентиляции помещений [3, 4].
Решающим обстоятельством при этом является характер воздушного потока внутри воздуховода: ламинарный или турбулентный. Сопротивление движению для ламинарного потока пропорционально скорости движения воздуха, а для турбулентного потока пропорционально квадрату скорости движения, то есть при турбулентном потоке сопротивление в воздуховоде с увеличением скорости растёт намного быстрее. Граница перехода ламинарного течения в турбулентное определяется критическим числом Рейнольдса. Для произвольной формы канала, по которому движется поток, число Рейнольдса равно:
А
V V
где V - скорость потока, м/с; А - площадь потока, м2; 1 - так называемый «смоченный» периметр, м; и - кинематическая вязкость, м2/с, для воздуха и = 0,000014 м2/с; Я - гидравлический радиус, равный отношению площади потока к «смоченному» периметру, м.
В системе вентиляции производственного оборудования и помещений для деревообработки применяются воздуховоды как круглого, так и квадратного сечения. При этом критическое значение числа Рейнольдса, согласно многим экспериментальным исследованиям, оказывается равным примерно 960.
Однако надо иметь в виду, что на величину критического значения в каждом конкретном случае существенно влияют
Деревообработка
многие обстоятельства, такие как шероховатость внутренней поверхности воздуховода, а также то, каким образом организуется сама вентиляция - напорным или вытяжным способом. Крайне важным является также взаимодействие воздушного потока с переносимыми им частицами древесной пыли.
Способность воздушного потока переносить пылевые частицы зависит от падения давления внутри воздуховода, которое при ламинарном потоке в круглом воздуховоде можно рассчитать по формуле Пуазейля:
наличие пограничного слоя, где характер воздушного потока существенно отличен от того, который имеет место на оси воздуховода. При наличии пограничного слоя частицы древесной пыли диффундируют от оси потока в направлении стенок воздуховода и осаждаются на них. Этот процесс активизируется в месте поворота воздуховода или при изменении его диаметра или конфигурации.
В пограничном слое можно выделить вязкий подслой, в котором поток всегда остается ламинарным. Толщину вязкого подслоя можно определить по формуле:
Ар =
32УЦЬ \28Qr\L
Вг
хО4
=
ЗОР ЯеуХ ,
где Ар - падение давления, Па; V - скорость потока, м/с; п - динамическая вязкость, Па-с, для воздуха п = 0,0000182 Па-с; Ь -длина воздуховода, м; О - диаметр воздуховода, м; 0 - расход, м3/с.
Падение давления в круглом воздуховоде для турбулентного потока можно рассчитать по формуле:
Ар =
8Р02Ь
к2й5
2,73 + 1,818
С?
56 +
4С?А
где А - коэффициент шероховатости поверхности.
При больших значениях падения давления поток теряет способность переносить пылевые частицы. Они начинают осаждаться внутри воздуховода. Однако расчёт только среднего по всему сечению воздуховода падения давления недостаточен для того, чтобы идентифицировать такие случаи практически опасного падения давления в воздуховоде. Это происходит потому, что внутри воздуховода, точнее - возле его стенок, имеет место
где X - коэффициент Дарси.
Если толщина этого вязкого подслоя превышает характерную высоту шероховатостей внутренних стенок воздуховода, то основной поток воздуха как бы катится по пленке, не чувствуя шероховатостей стенок. В этом случае шероховатость стенок не влияет на особенности движения основного пылевоздушного потока, а соответственно, потеря давления не зависит от пристенной шероховатости. Если же высота шероховатостей превышает толщину вязкого подслоя, то неровности стенок начинают влиять на основной поток. Тогда поток начинает обтекать элементы шероховатостей с отрывом, сопровождающимся порождением мелкомасштабных вихрей и интенсивным перемешиванием частиц. В этом случае потери давления на трение сильно возрастают и в большой степени зависят от шероховатостей поверхности.
Толщина вязкого подслоя обратно пропорциональна числу Рейнольдса, то есть при увеличении числа Рейнольдса эта толщина уменьшается. Поэтому внутренние стенки воздуховода, не влияющие на динамику основного потока при относительно небольших значениях числа Рейнольдса, могут проявить себя при их
увеличении, так как высота выступов шероховатостей окажется больше толщины вязкого подслоя. К сожалению, специфика физико-химических свойств древесной пыли, в частности, сложный и переменный характер распределения частиц пыли по размерам, весу и форме, исключают возможность создания каких-либо универсальных соотношений, по которым можно
было бы заранее определить, будет ли оказывать влияние шероховатость внутренних стенок воздуховода на динамику пылеудаления в каждом конкретном случае. Поэтому предварительные эксперименты по определению характера воздушного потока в воздуховоде, обеспечивающем пожаровзрывобезопасность системы аспирации, всегда являются желательными.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баренблатт Г. И. О движении взвешенных частиц в турбулентном потоке // Прикладная механика и математика. - Т. 17. - М., 1953. -С. 261-274.
2. Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. - М., 1975.
3. Самсонов В. Т. Закономерности распределения взвешенных в воздухе частиц пыли по размерам // Труды Гипронииполиграфии. - Вып. 1. - М.,1992. - С. 65-77.
4. Самсонов В. Т. Метод комплексного определения концентрации и дисперсного состава пыли в вентиляционных выбросах. - М., 1992.
