Návrh sestavy kaskádového impaktoru

Abstract

Tato práce se zabývá problematikou jemných částic a jejich laboratorním záchytem. Uvádí teoretické základy týkající se fyziky částic potřebné k návrhu zařízení pro laboratorní i průmyslový záchyt. Je kladen důraz na teorii inerciální impakce potřebné ke konstrukci kaskádového impaktoru navrženého v této práci. Tento impaktor je určen ke zkoumání odrazivosti jemných částic pomocí dvou po sobě jdoucích, identických stupňů kaskády. Cutoff průměry zachytávaných částic navrženého impaktoru jsou 10 m, 2,5 m, 1 m a 0,5 m. Pracovním médiem je vzduch s jmenovitým průtokem 10 lmin-1. K návrhu je použit zpřesněný výpočet zahrnující určení tlaku a teploty ve stupních impaktoru. Korektnost výpočtového postupu je ověřena aplikací na komerční impaktor DEKATI DLPI+ a porovnáním výsledků. Pro porovnání je zvolen tlak ve stupních impaktoru, jelikož jsou známy jeho naměřené hodnoty z kalibračních listů. Srovnáván je naměřený tlak, tlak vypočtený zde uvedeným postupem a další dvě hodnoty tlaků zjištěné alternativním postupem z předchozích diplomových prací. Výsledky ukazují, že do přibližně osmého stupně impaktoru je odchylka od naměřených tlaků relativně malá. Pro zde navržený impaktor je tedy výpočtový postup dostatečný. V dalších stupních pak odchylka roste pro všechny výpočtové postupy. Pro dosažení jmenovitého průtoku je konstrukce doplněna o kritickou clonu za posledním stupněm. Kvůli vyrobitelnosti však musel být výsledný průměr trysky clony upraven a skutečný jmenovitý průtok je tak 9,85 lmin- 1. Další vlastností konstrukce navrženého impaktoru je jeho kompatibilita se stupni a příslušenstvím komerčního impaktoru DLPI+. Tohoto je dosaženo podobnou geometrií dopadových ploch a návrhem adaptačních kroužků pro vzájemné propojení stupňů.

This thesis deals with fine particles and their laboratory capture. It provides the theoretical background on particle physics needed to design equipment for laboratory and industrial capture. Emphasis is placed on the theory of inertial impaction needed to construct the cascade impactor proposed in this work. This impactor is designed to investigate the bounceability of fine particles using two successive, identical cascade stages. The cutoff diameters of the captured particles of the proposed impactor are 10 m, 2.5 m, 1 m and 0.5 m. The operating medium is air with a nominal flow rate of 10 lmin-1. A refined calculation including the determination of pressure and temperature in the impactor stages is used for the design. The validity of the calculation procedure is verified by applying it to a commercial DEKATI DLPI+ impactor and comparing the results. The pressure in impactor stages is chosen for the comparison as its measured values are known from the calibration sheets. The comparison is made between the measured pressure, the pressure calculated using the procedure presented here and two other pressure values obtained using an alternative procedure from previous theses. The results show that up to about the eighth impactor stage the deviation from the measured pressures is relatively small. Thus, for the impactor proposed here, the calculation procedure is sufficient. Then, in the next steps, the deviation increases for all computational procedures. To achieve the nominal flow rate, the design is supplemented with a critical orifice after the last stage. However, for fabrication reasons, the resulting nozzle diameter of the orifice had to be adjusted and the actual nominal flow rate is 9.85 lmin- 1. Another feature of the design of the proposed impactor is its compatibility with the stages and accessories of the commercial DLPI+ impactor. This is achieved by the similar geometry of the impaction surfaces and the design of the adaptation rings for the interconnection of the stages.