CC BY
16
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 621.177
В. В. Алексеев, И. И. Поникаров
ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВХОДНОЙ ЗОНЫ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ВИХРЕВОГО ПЫЛЕГАЗОРАЗДЕЛИТЕЛЯ
Ключевые слова: аэродинамическое сопротивление, пылегазовые смеси, пылегазоразделитель.
Проведено исследование процесса аэродинамического сопротивления входной зоны пылеулавливания в вихревом пылегазоразделителе и представлены результаты экспериментальных исследований.
Keywords: aerodynamic drag, dust and gas mixtures, dust-gas separator.
A study of the process drag the entrance area in a swirling dust collection dust-gas separator and the results of comparison of experimental data.
В данной статье приведены результаты экспериментальных исследований
аэродинамического сопротивления входной зоны пылеулавливания вихревого пылегазоразделителя (ВПГР) [1] и рассмотрены влияние режимных и конструктивных параметров.
Аэродинамическое сопротивление входной
зоны аппарата AP1, Па определяется затратами энергии на организацию процесса начального пылеулавливания при переменной крутке потока и рассчитывается по уравнению:
др = Z,
Р • VD
(1)
где - коэффициент сопротивления входной зоны пылеулавливания; р - плотность газовой смеси,
кг/м3; V D = Оу / Гк - скорость движения смеси в
кольцевом сечении, м/с; О V - объёмный расход
3 П ¡2 2)
газовой смеси, м /с; Гк = — •(О - б ) - площадь
2
кольцевого сечения, м ; Б - внутренний диаметр аппарата, м; ё - наружный диаметр выхлопной трубы, м.
В уравнении (1) является функцией конструктивных и режимных параметров, которые могут быть определены экспериментально в виде зависимости:
= № вх; а; Ь; б;Яе 0), (2)
где Явх = 2 • Явх / О = 1 - а - относительный радиус входа; а = а / О - относительные ширина и
Ь = Ь/ О - высота входного патрубка; б = б / О -относительный диаметр выхлопной трубы; ЯеО = УО • Оэ • р / у - критерий Рейнольдса; / -вязкость газовой смеси, Па • с; ОЭ = О - б -эквивалентный диаметр, м; / - коэффициент динамической вязкости газа, Па • с.
Уравнение (2) может быть преобразовано и представлено в виде:
Zi = f(бел; Reo),
(3)
где 9вх = Явх / КТ - безразмерный входной момент количества движения (обобщенный параметр крутки); КТ = Гвх / ГК - коэффициент крутки потока (относительная площадь входного патрубка); Гвх = а• Ь - площадь входного патрубка, м2.
Для определения влияния режимных параметров на аэродинамическое сопротивление входной зоны пылеулавливания были проведены исследования при постоянных конструктивных
параметрах (Я ВХ = 0,8; Кт = 0,16)
Исследования проводились в аппарате диаметром Б=120 мм, с наружным диаметром выхлопной трубы ё = 0,047 м, шириной а = 0,024 м и высотой Ь = 0,06 м входного патрубка, на чистом воздухе по известной методике.
Расходы газа изменялись в интервале от 50
3
до 250 м /ч, при температурах воздуха 20 ± 1 °С .
На рис. 1 приведена зависимость коэффициента сопротивления входной зоны от критерия Рейнольдса Яев.
Рис. 1 - Зависимость сопротивления входной зоны Рейнольдса ReD
коэффициента Zi от критерий
Из этого рисунка видно, что с увеличением критерия Рейнольдса Яеп значение коэффициента
2
уменьшается, ,3
при
значении
достигается автомодельный
3
Zi
ReD > (35v40)•lO
режим течения. При значении Re0 <(35v40)•lO
значение коэффициента Z1 определяется режимными и конструктивными параметрами, а при значениях Re0 > (35 v40)•lO3 - только конструктивными.
Исследования, проведенные с изменением конструктивных параметров при числах
ReD = (5 v 40) • 103, представлены на рис. 2 - 4.
На рис. 2 представлена зависимость Z1 от Rвх и величины расхода Gv . 105 100-
Zi
. Gv=50 м3/ч ->-Gv=100 м3/ч Gv=150 м3/ч Gv=200 м3/ч Gv=250 м3/ч
95 90 85 80 750,79 0,8 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86
Rex
Рис. 2 - Зависимость коэффициента сопротивления входной зоны Z1 от
относительного радиуса входа R вх
Анализ этого графика показывает, что при постоянном расходе газа коэффициент сопротивления входной зоны Zi возрастает с
увеличением относительного радиуса входа Rex. Данное увеличение величины Z1 объясняется уменьшением площади входного патрубка. Но величина Z1 уменьшается c увеличением расхода газа G V, что свидетельствует о приближении к
автомодельной области течения.
К уменьшению значения коэффициента
сопротивления Z1 приводит увеличение значения 200
Z1
0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,17 Кт
Рис. 3 - Зависимость коэффициента сопротивления входной зоны от
коэффициента крутки К Т
коэффициента крутки Кт, о чем свидетельствует график, представленный на рис. 3.
Это объясняется увеличением площади входного патрубка и соответственно уменьшением сопротивления для прохода через патрубок газовой смеси. Уменьшение коэффициента крутки приводит к возрастанию тангенциальной составляющей скорости V ф. При этом увеличение значения скорости V ф приводит к увеличению статического давления вблизи стенок аппарата и его аэродинамического сопротивления.
Данные, приведенные на рис. 4, получены с учетом зависимостей, изображенных на рис. 2 и 3, поскольку величина безразмерного входного момента количества движения 0вх прямо
пропорциональна величине Явх и обратно пропорциональна величине Кт.
105 100 95 Z1 90 85 80 75
Gv=50 м3/ч -i-Gv=100 м3Л Gv=150 м3Л Gv=200 м3Л Gv=250 м3Л
7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8
Рис. 4 - Зависимость коэффициента сопротивления входной зоны от входного момента количества движения 0вх
Анализ рисунка показывает, что величина растет с увеличением параметра ввх, но уменьшается с увеличением расхода газа Оу. Также при увеличении ввх, для тангенциального закручивающего
устройства наблюдается увеличение значений V ф по всему радиусу трубы, что увеличивает центробежное пылеулавливание во входной зоне.
Выводы
1. Расчет аэродинамического сопротивления входной зоны ВПГР рекомендуется выполнять по коэффициенту сопротивления входной зоны ^ и скорости движения газов в контактной зоне аппарата Ув.
2. Данная методика также может быть использована для расчета аэродинамического сопротивления других аппаратов вихревого типа: аппаратов комплексной очистки газов [8], вихревых пылегазоразделителей [9] и контактных теплообменников вихревого типа [10].
Литература
1. А.М. Валеев., П.В. Алексеев, А.Н. Филимонов, И.И. Поникаров, Интенсификация тепло -массообменных процессов, промышленная безопасность и экология, Казань, Россия, 2005, С. 77 - 79.
2. В.Н. Ужов., А.Ю. Вальдберг, Б .И. Мягков, И.К. Решидов, Очистка промышленных газов от пыли. Химия, Москва, 1981. 392 с.
3. Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под общ. ред. А.А. Русанова. Энергия, Москва 1975. 296 с.
4. P. Rozin, E. Rammler, W Intelmann. Z. Ver. Dent. Ing., Bd.76, 433-437 (1932).
5. В.Ю. Падва. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Моск. центральный научно - исследовательский ин-т
экспериментального проектирования жилища, Москва, 1969. 16 с.
6. П.А. Коузов, Сравнительная оценка циклонов различных типов. Обеспыливание в металлургии. Металлургия, Москва, 1971. 185 с.
7. Б.П. Устименко, Процессы турбулентного переноса во вращающихся течениях. Наука, Алма - Ата, 1977. 228 с.
8. В.В. Алексеев, В.О. Лукин, И.И. Поникаров. Вест. Казан. технол. ун-та, 16, 7, 217 - 221 (2013).
9. В.В. Алексеев, И.И. Поникаров, П.В. Алексеев. Вест. Казан. технол. ун-та, 16, 20, 220 - 223 (2013).
10. Л.Н. Москалев, С.И. Поникаров, И.И. Поникаров, В.В. Алексеев. Вест. Казан. технол. ун-та, 15, 10, 240 - 242 (2012).
© В. В. Алексеев - к.т.н., доцент кафедры машин и аппаратов химических производств КНИТУ, [email protected]; И. И. Поникаров - д.т.н., профессор той же кафедры, советник ректората.
