Применение теории подобия при исследовании процессов взвешивания и распространения пыли

Государственный комитет Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
Государственный проектный
и научно-исследовательский институт
по комплексному проектированию
предприятий полиграфической промышленности
(Гипронииполиграф)

ТРУДЫ

Выпуск 1

Вентиляция
и кондиционирование
воздуха
на полиграфических
предприятиях

Под редакцией д-ра техн. наук проф. Е. Е. Карписа

Издательство
Москва

«Книга»
1972

УДК 655.1:621.928.9.001.11.004.14

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ 
ПРОЦЕССОВ ВЗВЕШИВАНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЫЛИ

В. Т. Самсонов

Аналитическое решение задач взвешивания и распространения пыли в воз
духе производственных помещений возможно лишь в простейших случаях. Многие задачи в области обеспыливающей вентиляции, например определение количества пыли, возникающей при ведении технологического процесса, определение концентрации и дисперсного состава пыли в удаляемом из вентилируемого оборудования воздухе и др., могут быть решены с требуемой точностью 
только экспериментальным путем.

Но экспериментальное изучение в эксплуатационных условиях процессов 

взвешивания и распространения пыли не может обеспечить достаточного понимания связи между отдельными факторами, определяющими характер взвешивания и движения частиц пыли в воздушной среде. Натурные исследования позволяют получить характеристики только исследуемого объекта; результаты исследования невозможно распространить на другие условия, поэтому при решении 
многих задач, касающихся вентиляции, пользуются методом изучения явления на 
моделях.

Исследования на моделях имеют ряд преимуществ. Так, если известен спо
соб пересчета результатов опытов на натуру, эти результаты могут быть распространены на всю совокупность устройств данного типа. Исследования методом 
моделирования не громоздки, достаточно точны, сравнительно дешевы и позволяют изучить многие варианты в короткий срок.

Однако в области обеспыливающей вентиляции методы изучения тех или 

иных процессов на моделях до сих пор используются значительно реже, чем при 
изучении вентиляционных процессов при отсутствии примеси пыли. Объясняется 
это трудностями главным образом методического характера, возникающими при 
изучении запыленных потоков на моделях.

Рассмотрим возможности использования теории подобия при исследовании 

процессов взвешивания и распространения твердых частиц пыли в воздухе на 
примере пылеобразования, сопровождающего свободное падение измельченных 
материалов. Этот случай является достаточно общим, и полученные выводы могут быть использованы при изучении запыленных потоков, возникающих в иных 
условиях.

Явление образования и выделения пыли из технологического оборудования 

чрезвычайно сложно и состоит из ряда процессов: движения пылящего материала, 
удара его о преграду, взвешивания частиц пыли, распространения их от места 
взвешивания и выноса из оборудования и др. Поэтому для осуществления модели 
этого явления необходимо удовлетворить следующим независимым одно от другого условиям: подобия турбулентных потоков воздуха; подобия движения и удара о преграду струи сыпучего материала; подобия движения твердых частиц по 
отношению к воздушным потокам.

В общем случае эти условия не могут рассматриваться как независимые, так 

как большое количество твердых частиц в воздухе должно повлиять на структуру 
и динамику несущего потока. Рассмотрение задачи в таком виде представляет 
большую трудность.

Между тем при обычных для вентиляционной практики концентрациях пы
ли обратное воздействие твердых частиц на несущий поток имеет второстепенное 
значение. Поэтому решение задачи, основанное на раздельном моделировании 
движения потоков воздуха и процесса относительного движения частиц, может 
рассматриваться в качестве первого приближения. Точное моделирование часто 
осуществить невозможно, поэтому приходится принимать ряд допущений, которые, однако, не должны существенно отражаться на точности получаемых результатов.

Подобие движения турбулентных воздушных потоков. Рассмотрим слу
чай движения однородного несжимаемого вязкого газа. Для простоты примем, что 
коэффициент вязкости и плотность повсюду в потоке постоянны и движение газа 
происходит под влиянием объемных сил, имеющих потенциал, т. е. происходит 
под влиянием консервативных сил. Приведем уравнения осредненного движения 
Рейнольдса в проекции на вертикальную ось у [1]:

y
y
y
y

x
y
z

v
v
v
v
P
v
v
v
g
t
x
y
z
y
























