Options
1973
Journal Article
Titel
Developing flow and particle deposition in horizontal elutriators and semi-dispersive aerosol centrifuges
Abstract
In the past, the deposition patterns of monodisperse aerosols in semi-dispersive aerosol analyzers as the horizontal elutriator or the Goetz aerosol centrifuge have been derived theoretically under the assumption that the streamline flow through the duct has a fully developed velocity profile. This paper gives a general solution for the deposit concentration of monodisperse aerosols with no restrictions as to the type of streamline flow. It shows that developing flow profiles are immaterial in horizontal elutriators where the particle concentration still remains constant along the length of the deposit. For existing centrifugal devices, the developing profile causes small changes amounting to a moderate correction of the theoretical results obtained for constant flow profiles, but the basic characteristics of the deposit concentration patterns of the simple theory still prevail. Actual deviations between experimental findings and theoretical computations in case of the Goetz centrifuge are not due to the neglect of a developing flow by the basic theory, but originate from a slow double-vortex flow in the cross-sectional plane of the duct effecting a redistribution of the particle concentration across the deposit. This motion is caused by additional external forces, in particular Coriolis forces, which the basic theory cannot account for.
;
Bei den bisherigen theoretischen Ableitungen für den Verlauf der Niederschlagskonzentration von monodispersen Aerosolen in halb-dispersiven Aerosol-Messgeräten, wie z.B. beim Horizontal-Elutriator und bei der Goetz'schen Aerosolzentrifuge, wurde die Annahme gemacht, dass die laminare Strömung durch den Abscheidekanal ein voll ausgebildetes, konstantes Geschwindigkeitsprofil besitzt. Die vorliegende Arbeit gibt eine allgemeine Lösung für die Niederschlagskonzentration von monodispersen Aerosolen an, bei der keine Einschränkungen bezüglich der Form der laminaren Kanalströmung gemacht werden. Es zeigt sich, dass die Ausbildung eines neuen Strömungsprofils beim Horizontal-Elutriator ohne Einfluss ist, so dass auch in diesem Falle stets eine konstante Niederschlagskonzentration über die ganze Abscheidelänge erzielt wird. Bei den gebräuchlichen Zentrifugalgeräten verursacht die Ausbildung des Strömungsprofils leichte Änderungen, die zu einer massigen Korrektur der theoretischen Ergebnisse für den Fall des konstanten Strömungsprofils führen, wobei jedoch die ursprüngliche Charakteristik des Verlaufs der Niederschlagskonzentration nach der einfachen Theorie erhalten bleibt. Die tatsächlichen Abweichungen zwischen experimentellen Ergebnissen und theoretischen Berechnungen bei der Goetz'schen Aerosolzentrifuge beruhen nicht auf der Vernachlässigung der möglichen Änderung des Strömungsprofils in der zugrunde liegenden Theorie, sondern werden durch eine langsame Doppelwirbelströmung in der Querschnittsebene des Kanals hervorgerufen, wodurch eine Umverteilung der Teilchenkonzentration quer über den Niederschlag bewirkt wird. Diese Strömung entsteht unter der Einwirkung zusätzlicher äusserer Kräfte, insbesondere Coriolis-Kräfte, die bei der einfachen Theorie nicht berücksichtigt werden können.