Моделирование влияния процессов осаждения частиц на сопротивление фильтровальных сеток Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 669.162.252.442.8

м.м. суюндиков, ж. шошай, м.ж. тусупбекова моделирование влияния процессов осаждения частиц на сопротивление фильтровальных сеток

Различают три механизма осаждения включений в объеме фильтра [1]: ситовой механизм с осаждением на входной поверхности крупных частиц, превосходящих по размеру отверстий фильтра; адгезионный (глубинный) с осаждением тонкодисперсных включений на внутренней поверхности каналов фильтра; механизм так называемой «кейк» фильтрации с задержанием более мелких частиц в слое осадка на входной поверхности фильтра.

В опытах приняли гипотезу: 1) о одновременном и равномерном сужении всех отверстий фильтровальных сеток в результате адгезионного осаждения частиц; 2) о одновременном полном закупоривании отдельных отверстий, равномерно распределенных по всей площади сетки.

Отверстия выполнялись цилиндрическими, диаметром каждого из них 4 мм, которые из одного опыта к другому уменьшали путем выполнения отверстий диаметром 3 и 2 мм с тем же количеством и тем же расположением.

В первых опытах с сеткой dотв = 4 мм изучали сопротивление сеток в исходном, чистом от осаждаемых включений, состоянии. Доля открытой потоку поверхности составляла е = 0,4. Испытывали два варианта сеток с толщиной 1 = 12 мм и 1 = 25 мм, что позволяло выявить также влияние толщины существующих фильтровальных сеток. Результаты опытов выражены в виде зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса Re (рис.1): 1 - сетка с 1 = 12 мм; 2 - сетка с 1 = 25 мм.

86

Зависимость сопротивления сеток от числа Рейнольдса

Число Рейнольдса Re

♦ -1 □ -2

Рисунок 1

Выявленная особенность заключается в том, что гидравлическое сопротивление сетки с толщиной 1 = 12 мм оказывается функцией числа Рейнольдса Re, а сопротивление сетки с 1 = 25 мм практически не зависит от Re и равно £ = 24...25. При малых Re < 1000 сетка с 1 = 12 мм обладает большим сопротивлением. Чем меньше Re, тем больше ее значение. Далее, с приближением Re к числу 1500, сопротивление сетки с 1 = 12 мм сравнивается с сопротивлением сетки с 1 = 25 мм.

г» " "

В следующих опытах в первой сетке диаметры отверстий составлял dотв = 3 мм, что имитировало состояние фильтровальной сетки с равномерно осажденными внутри каналов частицами слоем толщиной 0,5 мм по первой гипотезе (рис.2, а). Во второй сетке с dотв = 4 мм были полностью закрыты отдельные отверстия, имитируя процесс закупоривания части открытой площади фильтровальных сеток по второй гипотезе (рис.2, б). Доля открытой поверхности в них была равна и составляла е = 0,23.

87

а ь

Рисунок 2

Результаты опытов показаны на рис.3: 1 - сетка с 1 = 12 мм, dотв = 4 мм и отдельными закрытыми отверстиями; 2 - сетка с 1 = 25 мм, dотв = 3 мм; 3 - сетка с 1 = 24 мм, dотв = 4 мм и отдельными закрытыми отверстиями.

В этих опытах больше всех сопротивление при малых Re оказалось у сетки с меньшим диаметром отверстий 3 мм, и характер кривой вполне соответствует законам гидравлики, согласно которым чем меньше размеры каналов, тем явнее становится проявление сил вязкого трения и сопротивление больше зависит от числа Рейнольдса, чем от геометрических особенностей препятствий местного характера. При дальнейшем росте числа Re в пределах Re > 1500...1700 сопротивление данной сетки продолжая уменьшаться оказывается меньше чем сопротивление третьей сетки. Также подтверждается предположение о том, что чем меньше толщина, тем меньше должно быть сопротивление фильтра потоку, в чем можно убедиться по взаимному расположению кривых двух сеток с 1 = 24 мм и 1 = 12 мм. Вторая находится ниже и показывает сопротивление £ = 50...51.

Аналогичные опыты проведены для случая когда из-за продолжающегося накопления неметаллических частиц в объеме фильтра его проходная площадь уменьшилась еще больше и доля открытой площади составляет е = 0,10.

88

Зависмость сопротивления сеток от числа Рейнольдса

0 500 1000 1500 2000 2500 Число Рейнольдса Re

♦ -1 ■ -2 i-3

Рисунок 3

Для этого диаметр отверстий выполнялся равным 2 мм по первой гипотезе и закрывались больше отверстий по второй гипотезе. По данным экспериментов построены графики для испытанных сеток (рис.4): 1 - сетка с L = 12 мм, dотв = 4 мм и отдельными закрытыми отверстиями; 2 - сетка с L = 25 мм, dотв = 2 мм; 3 - сетка с L = 24 мм, dотв = 4 мм и отдельными закрытыми отверстиями.

Зависимость сопротивления сеток от числа Рейнольдса

♦ -1 ■ -2 Л-3

Рисунок 4

Результаты повторили картину предыдущего опыта с той лишь разницей, что пересечение кривых двух верхних сеток происходит на ранних стадиях роста числа Рейнольдса. Хотя если сравнить их значения, то можно видеть, что это происходит при тех же Re > 1500. Естественно, с

89

уменьшением доли открытой площади увеличились значения коэффициента сопротивления у всех сеток по сравнению с предыдущим опытом, особенно для двух сеток с частично закрытыми отверстиями - в 2...3 раза.

В подавляющем большинстве случаев кривые расположены практически горизонтально, с небольшим углом к оси абсциссы, что свидетельствует о доминирующем турбулентном режиме течения в отверстиях фильтровальных сеток. Также обнаружено, что уменьшение диаметра отверстий сеток оказывает больше сопротивления потоку при малых значениях чисел Рейнольдса, чем уменьшение количества открытых отверстий из-за закупоривания других. Выявлена тенденция продолжающегося уменьшения сопротивления сеток с постепенным сужением отверстий с ростом числа Рейнольдса, и после достижения определенных значений, например Re > 1500, коэффициент сопротивления такой сетки оказывается меньше сопротивления сетки с отдельными закупоренными отверстиями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1 Фильтрование металла в литейной форме //Сборник материалов по фильтрам, эффективности применения, опыту использования в отечественной и зарубежной практике. Москва, 2005.

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г.Павлодар. Материал поступил в редакцию 27.02.2012.

М.М. СУЮНДИКОВ, Ж. ШОШАй, М.Ж. ТУСУПБЕКОВА YЛПНЩ ЭСЕР ЕТУ1 Б0ЛШЕКТ1 ТУНДЫРУЫНА БАЙЛАНЫСТЫ ФИЛЪТРШК ТОРДЬЩ КЕДЕРП1С1Н ТУДЫРУЫ

M.M. SUYUNDIKOV, ZH. SHOSHAY, M.ZH. TUSUPBEKOVA MODELING THE INFLUENCE OF DEPOSITION OF PARTICLES ON THE RESISTANCE OF FILTER GRIDS.

Туйшдеме

Автор мацаласында фильтр квлемшде механизмшц тундыруына цосылуын царастырады. Гидро модельдеу агынына кедергi еК бiрiншi мехашзмшц ыцпалын тYбегейлi багалау мацсатында бул процестер вттзшген.

Resume

In this paper the author examines the mechanisms of deposition of inclusions in a filter's volume. In order to assess the impact of the first two separate mechanisms on the flow resistance hydrocode simulation of these processes have been conducted.

90