Ученые Томского политехнического университета провели эксперименты по исследованию бинарных столкновений капель воды, содержащих мелкие твердые частицы. Полученные результаты исследований помогут модернизировать и оптимизировать промышленные установки мокрой очистки воздуха и газов. Исследования поддержаны грантом РНФ. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Journal of Aerosol Science, сообщает пресс-служба Томского политехнического университета.
Наиболее масштабные источники выбросов твердых частиц в атмосферу — электростанции и котельные, работающие на угле. Выбрасываемые из топок котельных агрегатов твердые частицы имеют дисперсность от 0,1 мкм до 1 мм. На сегодняшний день один из наиболее эффективных способов очистки дымовых газов — мокрая очистка, предполагающая их пропускание через распыляемую воду или барботирование через определенный объем воды.
«Эффективность мокрого способа очистки дымовых газов возрастает, когда капли жидкости в аэрозольном состоянии улавливают твердые частицы, — рассказывает соавтор исследования, профессор Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова Павел Стрижак. — Одна из основных причин этого явления связана со столкновениями капель суспензии на высокой скорости. Перед нами стояла цель выявить закономерности при соударении капель жидкостей, содержащих твердые частицы, и построить карты режимов для демонстрации условий, при которых слияние капель происходит стабильно».
Для исследования ученые Томского политеха использовали смесь дистиллированной воды со стеклянными сферами размером 20–160 мкм и с частицами угольной пыли размером 60–80 мкм. Массовая доля твердых частиц внутри капель воды варьировалась от 0,01 до 0,5%. Такая концентрация характерна для пылеулавливающих установок и составов, используемых в пищевой промышленности. Во время экспериментов определялся вклад совокупности факторов: материал, концентрация и размер частиц в каплях, а также размеры, скорость и угол столкновения капель.
«В ходе экспериментальных исследований определены четыре режима взаимодействия капель друг с другом: отскок, слияние, разделение и разрушение. По результатам экспериментов построены режимные карты, которые можно использовать для прогнозирования последствий взаимодействия капель. Зная размер капель, их скорость и физические свойства жидкости, мы можем предсказать, сольются ли капли или разрушатся, образуя вторичные фрагменты, — рассказывает соавтор исследования, доцент Исследовательской школы физики и высокоэнергетических процессов Анастасия Исламова. — Если говорить простыми словами, режимные карты помогают нам понять, что конкретно происходит внутри аппарата мокрой очистки воздуха и газов, не заглядывая в него».
Представленные в настоящей работе результаты экспериментов по соударению капель суспензии в дальнейшем целесообразно использовать при модернизации и оптимизации работы промышленных аппаратов мокрой очистки воздуха и газов.
Опыты с бинарными соударениями капель представляют упрощенный подход к изучению закономерностей столкновения капель в аэрозолях. Следующим этапом исследования станет изучение взаимодействия многофазных аэрозольных потоков.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
