Анализ гидродинамики закрученных потоков в прямоточных циклонах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлена математическая модель, описывающая движение газа в прямоточном циклоне. Решены уравнения движения газовой фазы, на основании которых получены профили для тангенциальной и осевой составляющих скорости газа. Проведено сравнение полученных результатов с результатами численного моделирования. Последнее осуществлялось в программе FlowVision с использованием SST-модели турбулентности. С помощью численных расчетов определено изменение тангенциальной и осевой составляющих скорости газа на расстояниях 110, 150, 200 и 250 мм от пластинчатого турбулизатора, или завихрителя циклона.

Об авторах

В. С. Топталов

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru

Ю. Г. Чесноков

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru

О. М. Флисюк

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru

Н. А. Марцулевич

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru

И. Г. Лихачев

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: acjournal.nauka.nw@yandex.ru

Список литературы

  1. Cristobal C., Gil A. Modeling the gas and particle flow inside cyclone separators // Progress Energy Combust. 2007. V. 33 N 5. P. 409-452. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2007.02.001
  2. Peng W., Hoffmann A. C., Dries H. W.-A., Regelink M. A., Stein L. E. Experimental study of the vortex-end in centrifugal separators: The Nature of the vortex end // Chem. Eng. Sci. 2005. V. 60. P. 6919-692828. https://doi.org/10.1016/j.ces.2005.06.009
  3. Biegger C., Sotgiu C., Weigand B. Numerical investigation of flow and heat transfer in a swirl tube // Int. J. Therm. Sci. 2015. V. 96. P. 319-330. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2014.12.001
  4. Seibold F., Weigand B. Numerical analysis of the flow pattern in convergent vortex tubes for cyclone cooling applications // Int. J. Heat Fluid Flow. 2021. V. 90. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2021.108806
  5. Bruschewski M., Grundmann S. Schiffer H.-P. Considerations for the design of swirl chambers for the cyclone cooling of turbine blades and for other applications with high swirl intensity // Int. J. Heat Fluid Flow. 2020. V. 86. ID 108670. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2020.108670
  6. Novotny P., Weigand B., Marsik F., Biegger C., Tomas M. Flow structures in a swirl flow - vortex breakdown condition //j. Phys. 2018. Ser. 1045. ID 012031. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1045/1/012031
  7. Tianxing Z., Alshehhi M., Khezzar L., Xia Y., Kharoua N. Experimental investigation of confined swirling flow and its interaction with a bluff body //j. Fluids Eng. 2019. V. 142. N 1. ID 011102.
  8. Шиляев М. И., Шиляев А. М. Моделирование процесса пылеулавливания в прямоточном циклоне. 1. Аэродинамика и коэффициент диффузии частиц в циклонной камере // Теплофизика и аэромеханика. 2003. Т. 10. № 2. С. 157-170.
  9. Тарасова Л. А., Терехов М. А., Трошкин О. А. Расчет гидравлического сопротивления вихревого аппарата // Хим. и нефтегаз. машиностроение. 2004. № 2. С. 11-12.
  10. Grundmann S., Wassermann F., Lorenz R., Jung B., Tropea C. Experimental investigation of helical structures in swirling flows // Int. J. Heat Fluid Flow. 2012. V. 37. P. 51-63. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2012.05.003
  11. Huang L., Deng S., Chen Z., Guan J., Chen M. Numerical analysis of a novel gas-liquid pre-separation cyclone // Sep. Purif. Technol. 2018. V. 194. P. 470- 479. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.11.066
  12. Bruschewski M., Scherhag C., Schiffer H.-P., Grundmann S. Influence of channel geometry and flow variables on cyclone cooling of turbine blades //j. Turbomach. 2016. V. 138. N 6. ID 061005. https://doi.org/10.1115/1.4032363
  13. Mikheev N., Saushin I., Paereliy A., Kratirov D., Levin K. Cyclone separator for gas-liquid mixture with high flux density // Powder Technol. 2018. V. 339. P. 326-333. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.08.040.
  14. Турубаев Р. Р., Шваб А. В. Численное исследование аэродинамики закрученного потока в вихревой камере комбинированного пневматического аппарата // Вестн. Том. гос. ун-та. Математика и механика. 2017. № 47. С. 87-98. https://doi.org/10.17223/19988621/47/9
  15. Николаев А. Н., Харьков В. В. Описание профилей окружной и осевой компонент скорости в полом вихревом аппарате // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2016. № 17. С. 71-74.
  16. Yu G., Dong S., Yang L., Yan, D., Dong K., Wei Y., Wang B. Experimental and numerical studies on a new double-stage tandem-nesting cyclone // Chem. Eng. Sci. 2021. V. 236. ID 116537. https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.116537
  17. Li L., Du C., Chen X., Wang J., Fan X. Numerical study on flow and heat transfer behavior of vortex and film composite cooling //j. Mech. Sci. Technol. 2018. V. 32. N 6. P. 2905-2917. https://doi.org/10.1007/s12206-018-0547-4
  18. Yang C., Jeng D., Yang Y.-J., Chen H.-R., Gau C. Experimental study of pre-swirl flow effect on the heat transfer process in the entry region of a convergent pipe // Exp. Therm. Fluid Sci. 2011. V. 35. N 1. P. 73-81. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci. 2010.08.008
  19. You Y., Seibold F., Wang S., Weigand B., Gross U. URANS of turbulent flow and heat transfer in divergent swirl tubes using the k-Ω SST turbulence model with curvature correction // Int. J. Heat Mass Transf. 2020 V. 159. ID 120088. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120088
  20. Платонов Д. В, Минаков А. В., Дектерев А. А., Сентябов А. В. Численное моделирование пространственных течений с закруткой потока // Компьютер. исслед. и моделирование. 2013. Т. 5. № 4. С. 635-648. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2013-5-4-635-648
  21. Маликов З. М., Мадалиев М. Э. Математическое моделирование турбулентного течения в центробежном сепараторе // Вестн. Tом. гос. ун-та. 2021. № 71. C. 121-138. https://doi.org/10.17223/19988621/71/10
  22. Усманова Р. Р., Жернаков В. С. Моделирование движения закрученного потока в динамическом газопромывателе // Вестн. УГАТУ. 2013. Т. 17. № 1 (54). С. 63-67.
  23. Narasimha M., Brennan M. S., Holtham P. N., Napier- Munn T. J. A comprehensive CFD model of dense medium cyclone performance // Miner Eng. 2007. V. 20. N 4. P. 414-426. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2006.10.004
  24. Mousavi S. M., Ghadimi B., Kowsary F. Numerical study on the effects of multiple inlet slot configurations on swirl cooling of a gas turbine blade leading edge // Int.Commun. Heat Mass Transf. 2018. V. 90. P. 34-43. https://doi.org/10.1016/j. icheatmasstransfer.2017.10.012
  25. Biegger C., Rao Y., Weigand B. Flow and heat transfer measurements inswirl tubes with one and multiple tangential inlet jets for internal gas turbine blade cooling // Int. J. Heat Fluid Flow. 2018. V. 73. P. 174-187. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2018.07.011
  26. Волк А. М. Движение твердых частиц в закрученном потоке // Энергетика. Изв. вузов и энергетических объединений СНГ. 2009. № 3. C. 77-81.
  27. Чесноков Ю. Г., Бауман А. В., Флисюк О. М. Расчет поля скоростей жидкости в гидроциклоне // ЖПХ. 2006. Т. 79. № 5. С. 783-786.
  28. Flisiyk O. M., Martsulevich N. A., Toptalov V. S. Theoretical and experimental analysis of dependence of efficiency of direct-flow cyclone on geometry of separating chamber // ChemChemTech. 2021. V. 64. N 8. С. 99-106. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216408.6419
  29. Bloor M. I. G., Ingham D. B. The flow in industrial cyclone //j. Fluid Mech. 1987. V. 178. P. 507-519.
  30. Гольдштик М. А. Вихревые потоки. Новосибирск: Наука, 1981. 366 с.
  31. Barber T. A. On the Beltramian motion of the bidirectional vortex in a conical cyclone //j. Fluid Mech. 2017. V. 828. P. 708-732. https://doi.org/10.1017/jfm.2017.494
  32. Majdalani J. Helical solutions of the bidirectional vortex in a cylindrical cyclone: Beltramian and Trkalian motions //Fluid Dyn. Res. 2012. V. 44. ID 065506. https://doi.org/10.1088/0169-5983/44/6/065506

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023