CC BY
56
УДК 658.567
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОФИЛЯ СКОРОСТЕЙ ГАЗОВОГО ПОТОКА В РАЗНОТЕМПЕРАТУРНОМ КАНАЛЕ КОНДЕНСАЦИОННОГО ФИЛЬТРА
П.С. Блинов
Разработана компьютерная модель разнотемпературного конденсационного фильтра, произведен расчет и приведены картины распределения скоростей в сечении рабочего канала при различных расходах газового потока. Проведено сравнение нескольких режимов работы разнотемпературного конденсационного фильтра
Ключевые слова: моделирование, гидродинамика, поле скоростей, конденсация, фильтр
Для определения профиля скоростей газового потока в разнотемпературном канале конденсационного фильтра было решено провести ряд экспериментов на пилотной установке. С этой целью выявлялась зависимость перепада давления на конден-
сационном фильтре от расхода газа через установку. Выборка экспериментальных данных, отражающая давление до и после установки, а также сам перепад давления, представлена в табл. 1.
Таблица 1
Экспериментальные данные
Расход газа Q•104, м3/ч (деления ротаметра)
2,04 (5) 2,51 (10) 2,98 (15) 3,46 (20) 3,94 (25) 4,47 (30) 5,00 (35) 5,56 (40) 6,11 (45)
Давление до уст-ки Р1, кПа 187,0 185,5 183,9 185,6 187,7 187,0 187,9 190,5 186,7
Давление после уст-ки Р2, кПа 183,7 181,7 182,2 182,5 183,7 183,4 183 184,1 180,2
Перепад давления на уст-ке АР, кПа 3,3 3,8 1,7 3,1 4,0 3,6 4,9 6,4 6,5
На рис. 1 приведена графическая зависимость турного канала конденсационного фильтра, что по-
перепада давления от расхода газа. зволяет судить о гидродинамике в газовом тракте
Полученная зависимость определяет скорость прямоугольного сечения при заданных температур-
газа и ее распределение по сечению разнотемпера- ных режимах.
Рис. 1. Перепад давления на установке
Блинов Павел Сергеевич - ВГТУ, инженер НИС, тел. 8 (473) 248-56-70
В ходе исследований и работ по изучению процессов, происходящих в разнотемпературной камере во время конденсационного укрупнения частиц, можно предположить, что эффективность очистки газового потока в разнотемпературной камере зависит от нескольких факторов, таких как:
- разность температур горячей и холодной стенок, следовательно степень пересыщения;
- режим течения потока очищаемого газа;
- начальные параметры очищаемого газового потока на входе в разнотемпературный канал;
- физические свойства ядер конденсации (геометрический размер, смачиваемость и т.п.);
- геометрические характеристики разнотемпературного канала.
Проведение экспериментов для выявления закономерностей по всем выше перечисленным факторам является наиболее приемлемым способом по
определению зависимостей, но сопряжено с большими затратами времени, большой трудоемкостью и затратами энергоресурсов. Так же, экспериментальное исследование не всегда позволяет наблюдать процессы, происходящие непосредственно во внутренней области разнотемпературного канала. Компьютерное моделирование течения газового потока позволяет наглядно увидеть картину распределения скоростей в разнотемпературном конденсационном фильтре, что практически не осуществимо в условиях эксперимента.
Для анализа распределения скоростей выделяется определяющее сечение по центру разнотемпературного канала.
Результаты анализа распределения скоростей на основе четырех опытов с различными режимами течения представлены на рис. 2, 3, 4 и 5.
Рис. 2. Распределение скоростей в первом опыте
Рис. 3. Распределение скоростей во втором опыте
Рис. 4. Распределение скоростей в третьем опыте
Рис. 5. Распределение скоростей в четвертом опыте
Из рис. 2 видно, что поток на протяжении почти всей камеры является стабильным, ламинарным, что соответствует не столь высокой эффективности.
На рис. 5 поток не имеет стабильности по всей длине камеры, что соответствует более эффективному улавливанию аэрозольных частиц.
Таким образом исследуемый разнотемпературный конденсационный фильтр может работать в двух режимах. Первый режим характеризуется малыми скоростями, то есть участком гидродинамической и тепловой стабилизации очищаемого газового потока в установке. Второй режим определяется начальным гидродинамическим и тепловым участком, который наблюдается при более высоких скоростях.
Для выявления наиболее эффективного режима работы конденсационного фильтра проведено сравнение удельного количества конденсата, выделившегося в разнотемпературном канале.
Результаты расчетов для каждого опыта приведены в табл. 2.
Т аблица 2
Результаты расчета___________________
№ опыта U, м3/с m, кг n
1 2,04-10-4 4,74-10"2 0,21
2 2,98-10-4 6,92-10"2 0,29
3 3,94-10-4 9,56-10"2 0,66
4 5,00-10-4 13,23-10-2 0,98
5 6,11 -10-4 14,47-10-2 0,98
6 4,32-10-4 11,43-10-2 0,71
7 2,05-10-4 1 ■ 10-2 0,3
По полученным значениям построен график зависимости эффективности улавливания жидкостных аэрозольных частиц из потока газа в разнотемпературном канале от величины расхода воздуха через установку (рис. 6).
•10'4, м3/с
Рис. 6. Эффективность улавливания жидкостных аэрозольных частиц
Анализируя данную графическую зависимость, а также основные характеристики температурного поля в рабочей зоне можно сделать вывод, что разнотемпературный конденсационный фильтр более эффективно очищает газовый поток от жидкостных аэрозольных включений в режиме начального участка гидродинамической и тепловой стабилизации в отличие от работы установки в режиме развитой гидродинамической и тепловой стабилизации. Это объясняется созданием более широкой зоны заро-дышеобразования, роста и осаждения капель жидкости в ядре потока очищаемого газа. Это свидетельствует о целесообразности конструирования аппаратов подобного типа с меньшей длиной конденсационного фильтра, находящейся в пределах начального гидродинамического и теплового участка, что, в свою очередь, положительно скажется на металлоемкости конструкции.
Литература
1. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара, Изд. 3-е, доп. и перераб., М. «Химия», 1972 - 304 с.
2. Солженикин П.А. Моделирование тепломассообмена и совершенствование конструкции аппарата для очистки промышленных газов от аэрозольных включений // Дис. канд. техн. наук / ВГТУ. - Воронеж, 2008. 179 с.
Воронежский государственный технический университет
RESEARCH PROFILE GAS FLOW AT DIFFERENT TEMPERATURE CHANNEL
OF CONDENSATION FILTER
P.S. Blinov
The computer model of the experimental setup, the main hub, which is different temperature condensation filter, analyze the distribution of temperature fields in the chamber and the velocity field. A comparison of several different temperature modes condensation filter
Key words: modeling, fluid dynamics, velocity field, condensation, the filter
