Układ doświadczalny i sposób przeprowadzenia pomiarów.
Stanowisko pomiarowe do badania skuteczności odpylania oraz oporu przepływu gazu w cyklonie wspomaganym zewnętrznym polem elektrycznym przedstawiono na rysunku 2.
Układ doświadczalny składa się z trzech bloków funkcjonalnych. W bloku przygotowania powietrza sprężone powietrze po dodatkowym oczyszczeniu w filtrze HEPA rozdzielane jest na dwa strumienie. Jeden strumień dochodzi do generatora aerozolu, a drugi po pomiarze natężenia przepływu natężenia przepływu w rotametrze kierowany jest do komory rozcieńczania, w której ustala się stężenie masowe cząstek w powietrzu kierowanym do cyklonu. Aerozol testowy wytwarzany w bloku generacji aerozolu otrzymano w ciśnieniowym atomizerze De Villbisa przez rozprężenie zawiesiny cząstek pyłu testowego w wodzie przepływającej przez dyszę generatora. Rozpylona mgła zawierająca cząstki fazy stałej kierowana była do mieszalnika, dalej do osuszacza. Aerozol testowy o ustalonym wstępnie w badaniach stężeniu przepływał przez cyklon. Stężenie czastek przed i za cyklonem mierzone było za pomocą optycznego licznika cząstek ROYCO model 220. W tym celu próbki aerozolu pobierano przez sondy izokinetyczne i kierowano do licznika. W wyniku pomiaru określono stężenie liczbowe i masowe cząstek odpowiednich rozmiarów. Cząstki fazy stałej tworzącej aerozol testowy stanowił pył krzemionkowy o średnicach w zakresie od 1 do 20 μm.
Na podstawie pomiaru stężenia cząstek za i przed filtrem określono iloraz tych wielkości definiujący penetrację P, cząstek przez cyklon. Sprawność separacji definiowana jest jako η=(1-P). Opory przepływu przez cyklon mierzono za pomocą mikromanometru. Są one miarą różnicy ciśnień gazu na wlocie do cyklonu i na wylocie z rury centralnej aparatu. Obiektem badań był model cyklonu radialnego zaprojektowany dla nominalnych przepływów gazu przez aparat rzędu 10 m3/h. Korpus cyklonu zbudowano z PCV. W stosunku do klasycznych, badany cyklon zmodyfikowano w ten sposób że zewnętrzna ścianka aparatu wyłożona była od wewnątrz pierścieniem metalowym stanowiącym jedną z elektrod podczas gdy metalowa rura wylotu gazu była drugą elektrodą układu cyklonu wspomaganego zewnętrznym polem elektrycznym. Schemat układu badawczego przedstawiono na rys. 1, a wymiary poszczególnych części podano w tablicy 1.
Wymiar |
Wielkość [mm] |
d |
49,8 |
de |
15,1 |
ds |
8,0 |
h |
82,0 |
hr |
60,0 |
s |
58,5 |
a |
22,0 |
b |
10,0 |
le |
50,0 |
We wstępie prac doświadczalnych określono wpływ długości zanurzenia lr centralnej rury wylotu gazu z cyklonu na sprawność odpylania cyklonu. Jak wykazały pomiary ma ona istotny wpływ zwłaszcza na penetrację aerozolu przez cyklon, poprzez zmianę udziału części wirowej przepływu gazu przez cyklon oraz zmianę objętości obszaru oddziaływania pola elektrycznego na cząstki aerozolowe. Na podstawie wstępnych pomiarów ustalono optymalną ze względu na skuteczność odpylania, wartość le=4,8 cm przy zachowaniu pozostałych wymiarów geometrycznych cyklonu. Pozostałe pomiary prowadzono dla tej wartości le. W trakcie pomiarów zmieniono natężenie przepływu gazu przez cyklon, natężenie pola elektrycznego wytwarzanego pomiędzy elektrodami cyklonu oraz kierunek polaryzacji zewnętrznego pola elektrycznego. Dodatkowo badano wpływ wstępnego naładowania cząstek aerozolowych ładunkiem elektrycznym na skuteczność odpylania. W tym przypadku wytworzony aerozol po przejściu przez osuszacz kierowano do komory ładowania, gdzie w polu wyładowania koronkowego cząstki uzyskiwały kierunek głównie w skutek absorpcji wytworzonych jonów. Wstępne obserwacje rozkładu depozytów w cyklonie pokazywały, że w przypadku braku pola elektrycznego cząstki pyłu osadzają się głównie na zewnętrznej ściance cyklonu na obszarze wyznaczonym głębokością zanurzenia rury centralnej a więc w rejonie silnych oddziaływań bezwładnościowych. Ponadto obserwowano osadzanie się cząstek na zewnętrznej ściance centralnej rury wylotu gazu w jej dolnej części. Spowodowane to było głównie przez silne zaburzenia przepływu gazu w tym obszarze powodowane gwałtowną zmianą kierunku przepływu gazu i wzmożonej lokalnej burzliwości przepływu. W przypadku stosowania zewnętrznego pola elektrycznego obserwowano dodatkowo intensywną depozycją cząstek na wewnętrznej ściance rury wylotowej.