|
|
В багатьох технологічних процесах, що здійснюються в різних галузях промисловості, беруть участь тверді речовини та матеріали, що знаходяться в дисперсному стані (пил, порошки, волокна), які у виробничих умовах можуть бути:
- сировиною (порошкова металургія, виробництво гуми);
- допоміжним технологічним матеріалом (паливо);
- проміжним або кінцевим продуктом (борошно, цукрова пудра тощо);
-побічними продуктами або відходами виробництва (борошняний, тютюновий, деревний пил, бавовняний пил та пух).
Усередині апаратів і в повітрі виробничих приміщень дисперсні матеріали утворюють аерозолі – системи, що складаються із твердих частинок, розподілених в газовому середовищі. Характерною ознакою аерозолів є їх нестійкість: під дією сили тяжіння частинки осідають на різних поверхнях, утворюючи осади (аерогелі), а під дією повітряних потоків ці пилові відкладення можуть знову переходити у завислий стан. Пожежна небезпека технологічного обладнання в цьому випадку залежить від стану пилу: осілий пил може тліти та горіти; завислий пил може утворювати з повітрям вибухонебезпечні суміші. Для пожежної профілактики важливо знати умови переходу пилу з одного стану в інший. Цей перехід визначається швидкістю осідання твердої частинки, тобто мінімальною швидкістю газового середовища, за якою тверда частинка з певними властивостями починає осідати.
Розглянемо цей процес на прикладі осідання частинки кулеподібної форми. Відомо, що здатність твердої частинки до осідання із газового потоку буде залежати від її ваги та опору середовища. На цю частинку, що знаходиться в потоці газу, діють: сила тяжіння, під’ємна сила та сили тертя (опору середовища).
Силу тяжіння, яка дорівнює вазі частинки ( ), можна визначити із основного закону механіки:
F = = mg, ( 2.15)
або =  V g, (2.16)
де - густина частинки, кг/м3;
V - об’єм кулеподібної частинки, дорівнює V=4/3πR3 або 1/6d3;
g – прискорення сили тяжіння, м/сек2.
Тоді  (2.17)
Підйомну силу, що згідно із законом Архімеда, дорівнює кількості газу ( ), який витискається частинкою, також визначаємо з основного закону механіки:
 (2.18)
де  – густина газу, що витискається, кг/м3.
Рівнодіючу сил тертя (опору середовища) визначаємо за формулою:
 (2.19)
де d – діаметр частинки, м;
λ – коефіцієнт опору середовища;
F – площа поперечного перерізу частинки (для частинок кулеподібної форми F=πd2/4), м2.
На підставі закону Н’ютона одержуємо:
 (2.20)
де m – маса частинки.
При постійних значеннях та (за певної швидкості газу) наступає стан, коли права частина рівняння (2.19) дорівнює нулю:
– – R = 0. (2.21)
Цей стан називається динамічною рівновагою частинки (при цьому сила опору середовища дорівнює силі осідання частинки : – = R ) і визначається швидкістю осідання . Підставимо (2.17-2.19) в (2.21), одержимо:
 - - . =0, (2.22)
звідки визначаємо швидкість осідання:
 = (2.23)
Таким чином, завислий пил не буде осідати, а осілий буде звихрюватися, якщо швидкість руху газового потоку буде більша, ніж швидкість осідання.
|