Top Banner

Click here to load reader

Mechanische Verfahrenstechnik - Pa · PDF fileFolie 4.1 Prof. Dr. J. Tomas, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik Folien_MVT_4neu Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie

Sep 20, 2019

ReportDownload

Documents

others

  • Folie 4.1 Prof. Dr. J. Tomas, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik

    Folien_MVT_4neu Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie Stromklassierung Prof. Dr. J. Tomas 18.10.2015

    4 Stromklassierung 182 4.1 Relativbewegung der Partikel in einem Fluid ............................ 182

    4.1.1 Wirkende Strömungs- und Feldkräfte .................................. 183 4.1.2 Bewegung steifer Partikel in einer stationären Strömung .... 192

    4.1.2.1 Stationäre Partikelbewegung ......................................... 192 4.1.2.2 Gleichmäßig beschleunigte Partikelbewegung ............. 198

    4.1.3 Bewegung deformierbarer Partikel in stationärer Strömung 227 4.1.4 Bewegung von Partikelschwärmen....................................... 227 4.1.5 Homogene Durchströmung von Partikelschichten ............... 231

    4.1.5.1 Stationäre Durchströmung von Partikelschichten ......... 231 4.1.5.2 Sedimentation einer gleichmäßig beschleunigten und durchströmten Partikelschicht 231 4.1.5.3 Beschleunigtes Auslaufverhalten und Durchströmung . 251

    4.1.6 Partikelbewegung im Fliehkraftfeld einer Wirbelströmung . 253 4.2 Turbulente Transportvorgänge ................................................... 257

    4.2.1 Kennzeichnung von turbulenten Strömungen ...................... 257 4.2.2 Transportvorgänge in turbulenten Strömungen .................... 269

    4.2.2.1 Turbulenter Transport in Einphasenströmungen ........... 270 4.2.2.2 Mischkinetik der Mikro- und Makroturbulenz ............. 271 4.2.2.3 Turbulenter Partikeltransport ........................................ 272

    4.3 Trennmodelle und Trennerfolg des Stromklassierens ................ 277 4.3.1 Allgemeines Bilanzmodell - FOKKER-PLANCK-Gleichung277 4.3.2 Querstromklassierung ........................................................... 281

    4.3.2.1 laminare Querstromhydroklassierung ........................... 281 4.3.2.2 turbulente Querstromklassierung .................................. 283

    4.3.3 Turbulente Gegenstromklassierung ...................................... 286 4.3.4 Kennzeichnung des Trennerfolges des Stromklassierprozesses296

    4.4 Hydroklassierung ........................................................................ 297 4.4.1 Schwerkraft-Hydroklassierer ................................................ 297 4.4.2 Zentrifugalkraft-Hydroklassierer .......................................... 299

    4.5 Windsichten ................................................................................ 305 4.5.1 Prozessziele des Windsichtens ............................................. 305 4.5.2 Partikeltrennung in einer Wirbelsenke ................................. 306

    4.5.2.1 Modell der Spiralwindsichtung und Trennkorngröße ... 306 4.5.2.2 Turbulenzmodell der Trennkorngröße .......................... 308

    4.5.3 Wirkprinzipien der Windsichtung ........................................ 311 4.5.4 Windsichter........................................................................... 313

    4.5.4.1 Schwerkraft-Windsichter .............................................. 315 4.5.4.2 Zentrifugalkraft-Windsichter ........................................ 316

    4.6 Mehrstufige turbulente Querstrom-Aerotrennung im Zick-Zack-Kanal 320 4.6.1 Stationäre Partikelanzahlkonzentrationsverteilung .............. 320 4.6.2 Trennfunktion für die mehrstufige Trennung ....................... 320

    4.7 Staubabscheiden ......................................................................... 321 4.7.1 Entstauben ............................................................................ 321 4.7.2 Staubabsaugung .................................................................... 323 4.7.3 Staubabscheidung ................................................................. 324

    4.7.3.1 Schwerkraftabscheider .................................................. 325 4.7.3.2 Zentrifugalkraftabscheider ............................................ 326 4.7.3.3 Elektrische Abscheider .................................................. 331 4.7.3.4 Filtrationsabscheider ..................................................... 335 4.7.3.5 Nassabscheider .............................................................. 340 4.7.3.6 Tropfenabscheider ......................................................... 343

    4.8 Schwerpunkte und Kompetenzen ............................................... 344

  • Folie 4.2 Prof. Dr. J. Tomas, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik

    Folien_MVT_4neu Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie Stromklassierung Prof. Dr. J. Tomas 18.10.2015

    Gleichstrom:

    Kraftfeld FF

    Partikelabsolutgeschwindigkeit

    Fluidströmung

    Fluidströmung

    Gegenstrom:

    Querstrom:

    wirkende Kräfte:

    u→

    v→ va →

    va = - u - v va maximal → → →

    Partikelbewegung ↓

    Partikelbewegung ↓

    v→

    Partikelbewegung ↓

    Fluidströmung FW Widerstandskraft →

    FR resultierende Kraft

    dynamischer Auftrieb FD + statischer Auftrieb FA →→

    FD

    FA

    FF →

    u→

    Kraftfeld FF →

    Kraftfeld FF →

    Kraftfeld FF →

    Feldkraft

    Fluidströmung

    v→

    v→

    v→

    u→

    v→

    "relativer" Gleichstrom

    Fluidströmung Partikelabsolut- geschwindigkeitv→

    va = u - v → → →u→ u→

    u→

    u→

    va = u - v → → →

    Partikelabsolutgeschwindigkeitu →

    u→

    va →

    v→

    va = v + u → → →

    Partikelabsolutgeschwindigkeit

    Schwebe:

    v→v→

    u→

    u→Kraftfeld FF →

    Fluidströmung

    Partikelabsolutgeschwindigkeit va = u - v = 0 minimal

    → → →

    Koordinate y +

    -

    0

    va

    v→ ur →

    Relative Anströmgeschwindigkeit ur = u - v → → →

    Relativbewegung von Partikeln in einem Fluid

  • Folie 4.3 Prof. Dr. J. Tomas, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik

    Folien_MVT_4neu Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie Stromklassierung Prof. Dr. J. Tomas 18.10.2015

    1. Wirkung eines dynamischen Auftriebs

    Blatt 1

    a) Partikelrotation

    Kraftfeld FG →

    u

    FD →

    ω

    b) Ungleichmäßige Anströmung einer symmetrischen Kugel

    Kraftfeld FG →

    ux(y) FD →

    x y

    c) Ungleichförmiges Anströmprofil eines asymmetrischen Körpers

    Kraftfeld FG →

    u

    FD →

    uu < uo

    uo > uu

    pu > po

    ∆p = pu - po = ρf/2.(uo2 - uu2)

    Umströmung glatter Kugeln

    FD = cD·Ap·ρf·ur2/2

    pstat + ρf.u2/2 + ρf.g.y = const. BERNOULLI-Gleichung:

  • Folie 4.4 Prof. Dr. J. Tomas, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik

    Folien_MVT_4neu Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie Stromklassierung Prof. Dr. J. Tomas 18.10.2015

    2. Umströmungsbereiche Vorraussetzung: gleichmäßige, laminare und stationäre Anströmung einer glatten ruhenden Kugel

    I) Zähe oder schleichende Umströmung, Re < 0,25, STOKES

    II) Übergangsbereich, 0,25 < Re < 103 IIa) Laminar fließende Wirbel, 24 < Re < 130

    IIb) Wirbelablösung (Ablösepunkt A), instationäre Wirbelschleppe, 130 < Re < 1000

    III) Quadratischer oder Trägheits-Bereich, 103 < Re < 2·105, NEWTON

    IV) Bereich turbulenter Grenzschichtströmung auf der Anströmseite Umschlagpunkt U:

    Fw,lam = 3·π·η·d·u

    cw = 24 Re

    u A A

    cw = 0,07 bis 0,3u A A

    U U

    cw = 0,44

    für Re < 2·105

    3 1

    Re 32

    Re 24cW ++=oder

    4,0 Re 4

    Re 24cW ++=

    Blatt 2

    2·105 < Re < 4·105

    u

    u

    u A A

    ηρ⋅⋅= /duRe f Partikel- REYNOLDS-Zahl

    Widerstandskraft, allg.

    Widerstandsbeiwert

    Fw = cw·Ap·ρf·u2/2

    Umströmung glatter Kugeln

    Widerstandskraft, lam.

  • Folie 4.5 Prof. Dr. J. Tomas, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik

    Folien_MVT_4neu Mechanische Verfahrenstechnik - Partikeltechnologie Stromklassierung Prof. Dr. J. Tomas 18.10.2015

    Gleichfälligkeitsklassen von Partikeln  Kräftegleichgewicht von Partikelgewicht, Auftrieb und Fluidwiderstand

     Korrelation zwischen Partikelgröße d und quasi-stationäre Sinkgeschwindigkeit vs

    im Schwerefeld g:

    g A V

    c 2v

    p

    p

    f

    fs

    W

    2 s ⋅⋅ρ

    ρ−ρ ⋅= (1)

    Ap angeströmte Querschnittsfläche des Partikels

    cW Widerstandskoeffizient der Partikelumströmung

    Vp Partikelvolumen

    ρf , ρs Fluid- und Feststoffdichte

     Für eine konstante Partikelform, “große” (i+1) und “leichte” (L) Partikel sinken so

    schnell wie “kleine” (i) und “schwere” (S) Partikel:

    ),d(v),d(v S,sisL,s1is ρ=ρ+ (2)

     In Abhängigkeit von den Umströmungsbedingungen αdvs ∝ und mit

    3 21

    Re α⋅−

    ∝Wc (3)

    ff ηρ⋅⋅ dv=Re s Partikel-Reynoldszahl

    Gleichfälligkeit für unterschiedliche Umströmungsbedingungen