Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.



  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Исследование аэродинамических закономерностей вихревого пылегазоразделителя
1 февраля 2018             

Авторы: В. В. Алексеев, И. И. Поникаров, П. В. Алексеев
 
Эффективность пылеулавливания вихревого пылегазоразделителя [1] определяется аэродинамическими закономерностями: распределениями тангенциальной Vφ, осевой Vx и радиальной Vr составляющими скорости в зонах центробежного пылеулавливания. При этом степень интенсификации процесса разделения газовых неоднородных систем зависит, главным образом, от абсолютного значения и характера распределения тангенциальной скорости по радиусу и высоте зон пылеулавливания. Основными последовательно расположенными зонами пылеулавливания вихревого пылегазоразделителя (ПГР), описание конструкции которого представлено в [2], являются: входная зона, основная и дополнительная зоны, организованные винтовыми закручивающими устройствами (ВЗУ).
 
В данной работе даётся анализ, сопоставление экспериментальных данных по аэродинамическим характеристикам движения газа в пылеулавливающих и тепло-массообменных устройствах [3-7], трубах и кольцевых каналах с переменной и постоянной круткой потока [8-11], моделирующих зоны пылеулавливания вихревого ПГР.
 
Аэродинамическая структура входной зоны пылеулавливания, представляющей собой кольцевой канал с однозаходным тангенциальным закручивающим устройством (ТЗУ), определялась геометрическими параметрами: наружным диаметром d выхлопной трубы, внутренним диаметром D аппарата, шириной а и высотой b входного патрубка ТЗУ, а также высотой зоны hвх и шероховатостью ε стенок.
 
Относительными конструктивными параметрами входной зоны пылеулавливания служат: коэффициент крутки потока
Исследование аэродинамических закономерностей вихревого пылегазоразделителя
где 
Fк=π(D2 - d2) /4 и Fвх=ab 
- площади кольцевого канала и входного патрубка,  
 
ā=a/D
alt
 - относительные ширина и высота входного патрубка, 
 
alt - относительный диаметр выходного патрубка;
 
относительный радиус входного момента количества движения, 
alt
,  где знак "+" используется для циклонов с улиточным, а "- " - для циклонов и исследуемого аппарата с простым ТЗУ;
 - относительная длина входной зоны пылеулавливания  alt
 
alt относительная шероховатость стенок.  
 
Коэффициент крутки потока для различных технических устройств - циклонов, сепараторов, тепло-массообменных контактных устройств, циклонных и циклонно-вихревых камер может принимать значения от 0,02 до 2,5 [3,4]. Для высокоэффективных циклонов и циклонных камер значение KT лежат в пределах от 0,02 до 0,20 (0,30), а для высокопроизводительных - от 0,2 до 0,4 (0,6) [3]. Для обобщения аэродинамики и сопротивления закрученных потоков в трубах [5] и циклонах также используется относительная площадь входа
alt
 , где F=πD2/4  - площадь поперечного сечения трубы, а связь этого параметра с Kт имеет вид 
alt 
 
Уменьшение значения коэффициента крутки потока приводит к возрастанию тангенциальной составляющей скорости [6]. При этом увеличение значения скорости Vφ приводит к увеличению статического давления вблизи стенок камеры и аэродинамического сопротивления камеры. За счёт увеличения крутки потока максимум тангенциальной составляющей скорости Vφm располагается несколько дальше от оси вращения.
 
Уменьшение значений коэффициента Kт осуществляется за счёт уменьшения относительных
ширины ā или
alt высоты  входного патрубка ТЗУ.
 
На рис. 1 представлено распределение тангенциальной Vφ и осевой Vx составляющих скорости потока газа по радиусу контактной зоны трубы для различных значений Кт в контактном устройстве, организованном многозаходным ТЗУ щелевого типа [7].
 
Анализ зависимости Vφ = ƒ(r) показал увеличение абсолютных значений тангенциальной составляющей скорости, и смещение её максимума к периферии канала с уменьшением значений Kт. При увеличении скорости Vφ увеличиваются и центробежные силы, которые оттесняют поток к стенке трубы, что приводит к изменениям в распределении осевой оставляющей скорости Vx по радиусу канала: в периферийной зоне эта составляющая скорости увеличивается, а в приосевой - уменьшается.
 
Исследование аэродинамических закономерностей вихревого пылегазоразделителя
Рис. 1 - Распределение тангенциальной Vφ и осевой Vx скоростей в трубе для различных значений коэффициентов крутки Kт: 1 - 1,25; 2 - 0,95; 3 - 0,8; 4 - 0,48
 
Для любых типов ЗУ по длине зоны центробежного пылеулавливания идёт трансформация профилей скорости Vφ и Vx . Поскольку технические устройства имеют ограниченную длину
alt:
 
циклонные сепараторы - 1ч3, циклоны - 3ч5 и тепломассобменные устройства - 5ч8, то знание закономерностей распределения Vφ и Vx на этой длине является необходимым условием для расчёта эффективности разделения газовых неоднородных систем.
 
На рис. 2 показано распределение относительных скоростей
Исследование аэродинамических закономерностей вихревого пылегазоразделителя
по радиусу
alt
 и длине трубы 
 
alt
с закруткой потока, организованной простым ТЗУ с коэффициентом крутки
 
alt [8].
 
 
Исследование аэродинамических закономерностей вихревого пылегазоразделителя
Рис. 2 - Распределение относительных тангенциальной Vφ и осевой Vx составляющих скорости в
потоке с тангенциальным подводом при Кт = Fвх = 0,096 : 1 - L = 3,4;  2 - L =13,55; 3 -L = 33,8; 4 - L =54,1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Как видно из этого графика, по длине трубы L наблюдается уменьшение уровня значений скорости  Vφ, смещение её максимума к оси и перераспределение скорости Vх в сторону уменьшения обратных токов. Зону обратных токов при фиксированных значениях L в трубе (контактном устройстве) можно снизить за счёт уменьшения интенсивности крутки потока (увеличения значения параметра Kт). Другим способом уменьшения этой зоны является установка в центре трубы цилиндрической вставки, которая уменьшает или даже ликвидирует обратные токи при умеренной крутке потока. Вредное влияние зоны обратных токов при сильной крутке потока заключается в перемешивании пылегазовых потоков, снижающих эффективность центробежного пылеулавливания.
 
Интенсивность закрутки потока в контактных зонах пылеулавливания вихревого ПГР определялась по интегральному параметру закрутки θ [5,8]:
θ=М/(K·R2),
Исследование аэродинамических закономерностей вихревого пылегазоразделителя
Исследование аэродинамических закономерностей вихревого пылегазоразделителя , где соответственно осевые составляющие потоков момента количества движения М и количества движения К; R1=d/2 и R2=D/ 2 - наружный радиус выхлопной трубы и внутренний радиус аппарата.
 
Когда распределения скоростей Vφ и Vx в зоне центробежного пылеулавливания вихревого ПГР не известны или отсутствуют, то может быть использован подход, предложенный в работе [5], на основании которого по конструктивным параметрам ЗУ получены интегральные параметры закрутки потока на входе в канал θвх. Для простых и улиточных ТЗУ параметр θвх определялся по выражению:
alt
 
 
, где φн - начальный угол отклонения потока от осевого направления (для циклонов ЦН-11 φн = 79°, а для ЦН-15 и ЦН-24 соответственно φн =75 и 66°; для аппаратов с простым и улиточным ТЗУ φн =90°). 
 
Наиболее полные исследования по аэродинамической структуре потока в автомодельной по числу
Рейнольдса области течения при изотермических условиях в трубах (D = 0,203м) с различными
типами ЗУ (простыми и улиточными тангенциальными, тангенциально- и аксиально-лопаточными)
были проведены авторами работы [9]. В качестве обобщающего параметра была использована начальная интенсивность крутки потока на входе θвх.
 
На рис. 3 представлены распределения безразмерных осевой Vx и тангенциальной Vφ скоростей по радиусу r для простого тангенци-ального I и аксиально-лопаточного II ЗУ при различных значениях θвх . Анализ графика зависимости
alt показал, что при увеличении значений θвх как для тангенциальных, так и для аксиально-лопаточных закручивателей наблюдается увеличение значени Vφ по всему радиусу трубы. Кроме того, профиль скорости при больших значениях θвх для простых
 
ТЗУ соответствует профилю «квазитвёрдого вращения», что для входной зоны пылеулавливания оказывает положительное влияние с точки зрения интенсификации центробежного пылеулавливания.

Однако, как это уже указывалось в работе, при высоких значениях интенсивности крутки потока, образуются обратные токи в осевом направлении, что уменьшает сепарационную способность контактных устройств круглого поперечного сечения за счёт перемешивания пылегазовой смеси в аппарате. Поэтому установка в центре трубы цилиндрической вставки или применение кольцевого канала с относительным диаметром выхлопной трубы d=0,4ч0,6 будет снижать уровень обратных токов и способствовать повышению эффективности центробежного пылеулавливания.
 
Исследование аэродинамических закономерностей вихревого пылегазоразделителя
Рис. 3 - Распределение безразмерной осевой altи тангенциальнойaltсоставляющих скорости потока в трубе при различных значениях θвх : 1 - 8,4; 2 - 4,4; 3 - 2,75; 4 - 2,1; 5 - 3,2; 6 - 1,4;7 - 0,75; 8 - 0,45 для простого тангенциального I и аксиально-лопаточного II ЗУ
 
В основной и дополнительной зонах пылеулавливания данного аппарата использованы ВЗУ [8], которые позволяют создавать постоянную по длине крутку потока и получать внутри канала и на выходе из него законы вращения твёрдого тела [11]. При начальных углах закрутки φн= <45 используют ленточные, а при φн н в ВЗУ обеспечивается за счёт уменьшения относительного шага alt.
 
Исследование влияния закрутки потока с постоянным по длине шагом alt ≥0,95 проводились в трубе диаметром D = 31,66 мм и длиной alt ≤ 39,04 с закручивателем в виде ленточных и винтовых ЗУ [10]. Для закрученного потока alt ≥ 20 изменение шага не оказывает влияния на аэродинамическое сопротивление, а его уменьшение ниже 2ч3 вызывает существенный рост аэродинамического сопротивления трубы.
 
Исследования проведенные в экспериментальных (диаметры 0,12 и 0,20м) и опытно-промышленном (диаметр 0,65м) образцах вихревых ПГР с простыми ТЗУ показали подобие относительных скоростей alt.
 
Поэтому для расчета распределения скоростей можно использовать безразмерный параметр θвх , который удовлетворительно описы-вает эти профили для простых ТЗУ.
 
Значение абсолютных скоростей Vφ и Vx определяется значением средней скорости потока в
зоне пылеулавливания.
 
В рассматриваемых конструкциях относительный диаметр выходного патрубка alt  изменяется от 0,25 до 0,40. Так же установлено, что увеличение значения alt способствует уменьшению зоны обратных токов и улучшает центробежную сепарацию мелкодисперсной пыли из пылегазовой смеси.
 
Литература

1. Патент Российской Федерации на изобретение №2253515 от 10.06.05. Пылегазоразделитель. Филимонов А.Н. и др.
2. Валеев А.М., Разработка опытно-промышленного вихревого пылегазоразделителя / А.М. Валеев, П.В. Алексеев, А.Н. Филимонов, И.И. Поникаров.- Интенсификация тепло-массообменных процессов, промышленная безопасность и экология.- Казань, 2005. С. 77-79.
3. Сабуров Э.Н., Теплообмен и аэродинамика закрученного потока в циклонных устройствах/ Э.Н.Сабуров, С.В. Карпов, С.И. Осташев - Л.: Изд-во Ленинград-го ун-та, 1989. - 276 с.
4. Алимов Р.З. Гидравлическое сопротивление и теплообмен в закрученном потоке / Р.З. Алимов // - Инж. физ.Журнал - 1966. - №4. С. 437-445.
5. Щукин В.К. Теплообмен, массобмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах/ Щукин В.К., Халатов А.А. - М.: Машиностроение, 1982. - 200 с.
6. Устименко Б.П. Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях / Б.П. Устименко Алма-Ата: Наука КазССР, 1977. - 228 с.
7. Сивенков В.П. Исследование распределения скоростей газа в закрученном потоке / В.П. Сивенков В.П, И.М. Плехов, А.И. Ершов // Общая и прикладная химия. Минск. - 1972, - вып. 5, С. 127-131.
8. Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил / В.К. Щукин. - 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1980. - 240 с.
9. Нурсте Х.О. Исследование аэродинамики потока в закручивающих устройствах / Х.О. Нурсте, Ю.В. Иванов, Х.О. Луби // Теплоэнергетика. - 1978. - №1. С. 37-39.
10. Ермолин В.К. Интенсификация конвективного теплообмена в трубе в условиях закрученного потока с постоянным по длине шагом / В.К. Ермолин // Инж. физический журнал. - 1966. - №11, С. 52-57.
11. Халатов А.А. Теория и практика закрученных потоков / А.А. Халатов. - Киев: Наук. думка, 1989. - 192 с.
12. Москалев, Л.Н. Исследование влияния аэродинамических закономерностей входного потока на конструктивные параметры контактного теплообменника вихревого типа / Москалев Л.Н. Поникаров С.И., Поникаров И.И., Алексеев В.В. // Вестник Казанского технологического университета. Т. 15. №10; М-во образ. и науки России, Казан. Нац. Исслед. Технол. Ун-т. - Казань: КНИТУ, 2012. - с. 240-242.
13. Москалев, Л.Н. Сравнения контактно вихревого конденсатора с закрученным потоком с поверхностными вихревыми и кожухотрубными конденсаторами / Москалев Л.Н., Поникаров С.И., Поникаров И.И., Алексеев В.В. // Вестник Казанского технологического университета. Т. 15. №3; М-во образ. и науки России, Казан. Нац. 223 Исслед. Технол. Ун-т. - Казань: КНИТУ, 2012. - с. 123-125.
14. Алексеев, В.В. Исследование гидравлического сопротивления аппарата вихревого типа комплексной очистки газов / Алексеев В.В., Лукин В.О., Поникаров И.И. // Вестник Казанского технологического университета. Т. 16. №7; М-во образ. и науки России, Казан. Нац. Исслед. Технол. Ун-т. - Казань: КНИТУ, 2013. - с. 217-221.

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru