CC BY
20
4. Фрейдин А.С. Полимерные водные клеи. - М.: Химия, 1985. - 144.
5. Фрейдин А.С., Вуба К.Т. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 224.
6. Левкина Л. Там, где есть склеивание// Мебельное обозрение, июнь 2000, 10.. .14 с.
УДК 674: 621.928.93 Здобувач А.В. Ляшеник1 - Коломийський
noRimexniHU^ коледж
ПЕРСПЕКТИВНИЙ НАПРЯМ ПОКРАЩЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИКЛОН1В
Описано фактори, як мають вплив на процес очищення потоку пов^ря в цик-лош. Основним напрямом вдосконалення конструкцп циклона визначено замшу зов-шшньо'1 металево! стшки на фшьтрувальну з метою нейтралiзувати негативний вплив приповерхневого шару на процес очищення повггря вщ пилу.
Competitor A.V. Lyashenyk - Kolomyjskij polytechnic college The perspective method of the improvement of the cyclone's characteristics
This article describes the facts, which have an influence on the cyclone's characteristics. The main direct of the improvement of the cyclone's characteristics is using of the filter outside cylinder.
Серед пристро1в для очищення асшрацшного повггря на деревооброб-них шдприемствах найбшьше розповсюдження одержали циклони [1]. Пор1в-няно з шшими пиловловлюючими апаратами вони мають таю переваги як простота конструкцп, вщсутшсть рухомих частин, постшний пдравл1чний ошр, здатшсть працювати при високих температурах та абразивност потоку. Вперше конструкщя циклона була запатентована у 1886 рощ [2]. За час, що минув з моменту винайдення циклона, його конструкщя зазнала значних змш, проте не вдалося позбутися його основних недолтв. А саме: високий пдравл1чний ошр - 1250-1500 Па, низька ефектившсть вловлювання части-нок, розм1р яких менший 50 мкм [1]. На шдприемствах деревообробно! галуз1 склалася ситуащя, коли циклони використовують як першу стушнь очищення перед рукавними фшьтрами. Компонування циклон-фшьтр мае пдравл1ч-ний ошр 1700-2100 Па, що призводить до значних перевитрат електроенергп на деревообробних шдприемствах. У роботах [3-5] зазначено, що до 50 % електроенергп, що споживаеться деревообробними шдприемствами, витра-чаеться на асшращю та повпроочищення. Тому задача створення нових конструкцш пилоочисного обладнання е актуальною на сьогодш.
У цш робот зроблена спроба визначити напрями розроблення нових конструкцш циклошв.
Робота циклона базуеться на використанш вщцентрових сил, що вини-кають при обертанш газового потоку у середиш його корпусу. Такий рух ви-никае внаслщок тангенщального вводу потоку в циклон, або ди закручуваль-ного елемента типу "розетка" залежно вщ конструкцп циклона. Внаслщок дп вщцентрових сил частинки пилу, що знаходяться у потощ, вщкидаються до
1 mail-to: [email protected]
стiнки корпусу, гальмуються i випадають з потоку. Очищений газ, продовжу-ючи обертатись, повертаеться на 180 градусiв i виходить з циклона через роз-мiщену вздовж осi вихлопну трубу. Частинки пилу, як досягли стшок корпуса, пiд дiею потоку, який перемщаеться в осьовому напрямi i сил ваги, руха-ються до вихiдного отвору корпуса i виводяться з циклону. Через те, що обу-мовлюючими е аеродинамiчнi сили, а не сили тяжшня, циклони можна розмь щати похило i навiть горизонтально.
У багатьох роботах [6-10] основною причиною низько! ефективност при очищеннi повiтря вщ дрiбнодисперсного пилу та високого гiдравлiчного опору називають явище радiального стоку.
а б в
Рис. 1. Зображення радiального стоку та потошв повтря в циклон за даними:
а - [6], б - [10], в - [8]
Мехашзм виникнення радiального стоку може бути описаний таким чином. Для частинок потоку, яю розмщет далеко вщ нерухомо! основи (зов-шшньо! стшки), радiальний градiент тиску врiвноважуеться вiдцентровою силою. Поблизу ще! основи тангенцiальна швидюсть частинок внаслiдок тер-тя зменшуеться, а значить зменшуеться й вщцентрова сила. Оскiльки радiаль-ний градiент статичного тиску залишаеться незмiнним, то рiвновага мiж силами статичного тиску i вiдцентровими порушуеться i виникае радiальний потiк, який спрямований до ос обертання. Цей потж, у свою чергу, викликае осьовий потж, який напрямлений вздовж нормал до основи циклона. У результат цього в циклонi виникають так званi мвториннi потоки", в яких задь яно 10 % газового потоку [9]. Опис вторинних потоюв представлено в роботах [6-9], (рис. 1, а-в). У просторi нижче вихлопно! труби виникае радiальний стж, який мае значний вплив на ефектившсть циклона. Найбшьша штенсив-нiсть радiального стоку спостер^аеться у конiчнiй частинi циклона. Радiальнi
складовi швидкостi потоку повiтря протидiють сепарацшному рухов! части-нок пилу до стшки, визначаючи своею величиною po3Mip частинок, якi бу-дуть ними винесеш у вихлопну трубу циклона. Максимальне значення рад!аль-но1 складово1 швидкост потоку пoвiтpя дopiвнюе половит значення тангенщ-ально1 складово1 на вщдаленш вiд стiнки [7]. Особливо негативна дая радиального стоку проявляеться на вщдшенш дpiбниx фpакцiй пилу, oскiльки за сво1'ми poзмipами вони близькi до молекул пов!тря i величина вiдцентpoвoï сили, що на них дае, е незначною пopiвнянo з захоплюючою дiею радиального стоку.
Окpiм pадiальнoгo стоку, значний вплив на характеристики циклона мае турбулентшсть потоку повпря, яка проявляеться в турбулентних пульса-щях та завихреннях потоку, вплив яких на сепарацшш характеристики циклона е значним.
На сьогодш ще не створена повна та точна теopiя iнеpцiйнoï сепаpацiï, що ускладнюе подальше вдосконалення кoнстpyкцiй циклoнiв. В умовах не-достатнього знання мехашзму циклoннoï сепаpацiï одним з основних метoдiв створення нових ефективних сепаpатopiв, поряд з теоретичними дослщжен-нями, е шлях емшричних пoшyкiв, аналiзy i вдосконалення вдалих конструк-тивних ршень [7]. Саме тому перед створенням нових циклошв неoбxiднo провести аналiз iснyючиx кoнстpyкцiй, якi сершно використовуються у про-мислoвoстi i розробок, яю з'явилися oстаннiм часом та не набули ще широкого застосування. Задачею такого аналiзy е визначення фактopiв, яю мають вплив на характеристики циклошв.
На oснoвi проведеного аналiзy вiдoмиx конструкцш циклошв автор сформулював фактори, яю мають вплив на характеристики циклона. Факторами, що негативно впливають на процес очищення повпря вщ пилу в циклoнi, е:
• рад1альний стш;
• вихров! потоки у простор! мш вихлопною трубою та зовтшньою стшкою
циклона;
• турбулентний режим руху пов1тряного потоку в циклон!
Факторами, що позитивно впливають на ефектившсть та гiдpавлiчний ошр циклона були назван! таю:
• ввдведення частини очищеного пов1тря з циклона перед вихлопною трубою;
• зниження швидкост потоку повгтря у вихлопнш труб1;
• зниження рад1ального стоку у котчнш частит циклона;
• зменшення перепаду статичного тиску у плоскому перер1з1 циклона.
Основне техшчне протир!ччя, яке мае бути виршене при ствopеннi
нових конструкцш циклошв, можна сформулювати таким чином. Для того, щоб пщвищити ефектившсть очищення пилогазового потоку в циклон!, необ-хщно збшьшити швидюсть потоку повпря, що призводить до зростання вщ-центрових сил, яю ддать на частинку пилу. Одночасно зростання швидкост! приводить до пщсилення pадiальнoгo стоку, збiльшyе юльюсть вихрових по-тоюв та тypбyлiзацiю потоку, що знижуе ефектившсть циклона. Кр!м того, при зростанш швидкост! потоку зростають й енерговитрати на очищення. Спроби мiнiмiзyвати спад тиску суперечать намаганням пщвищити ефектившсть вловлювання частинок. Будь-який критерш, спрямований на пщвищен-ня ефективносл, пов'язаний з! зростанням енергетичних витрат. Розв'язати
таке протирiччя конструктивним шляхом не можливо. Тому необхщно було знайти новий метод покращення характеристик циклонiв.
Для формулювання напрямюв вдосконалення конструкци циклона роз-глядали рух потоку повiтря у канат при поворотi на 90 градуЫв (рис. 2).
При рус потоку повiтря по криволiнiйному каналу швидкост частинок потоку зменшуються зi збiльшенням радiуса кривизни ^ як наслiдок, тиск поблизу внутршньо! стiнки е меншим, нiж бшя зовшшньо!. Звiдси вип-ливае, що на початку криволiнiйного потоку поблизу внутршньо! стiнки виникае конфузорна дшьниця, а поблизу зовшшньо! - дифузорна. З теори при-поверхневого шару вщомо, що у дифузорнш частинi приповерхневий шар росте дуже штенсивно, вiн е нестiйким i може легко вiдiрватися вiд стшки. Це явище е одним з основних причин турбулiзацi! потоку повггря. Воно спос-терiгаеться тiльки у дифузорних областях криволшшного потоку [11]. Схематично потж у тшш показаний на рис. 2, звщки видно, що вiдриви е мюцеви-ми. Через те, що тиск поблизу зовшшньо! стiнки е бшьшим, нiж поблизу внутршньо!', вздовж бiчних стiнок, на яких швидкiсть близька до нуля, буде проходити перетжання потоку вщ зовшшньо! стiнки до внутршньо!', за раху-нок чого утворюеться парний вихор. Зi збшьшенням градiента тиску буде пiдсилюватися парний вихор, що е причиною виникнення радiального стоку.
Шд час руху потоку повiтря мiж двома цилшдрами, внутрiшнiй з яких обертаеться, починаючи з певних чисел Рейнольдса, мiж цилiндрами виникають завихрення з правим i лiвим обертанням (рис. 3), яю пiдсилюють вториннi потоки та ютотно збiльшують гiдравлiчний отр. Так завихрення описанi в роботах [6, 11, 12] i пiдтверджуються сучасними дослiдженнями за допомогою лазерних анемометрiв та спецiалiзованих комп'ютерних програм (ОБВ) (рис. 1, в).
Аналопчного роду нестабiльнiсть потоку, що пов'язана з тривимiрни-ми збуреннями, виникае у приповерхневому шарi бiля вгнутих стшок [12] (поблизу випуклих стшок така нестабшьшсть не спостерiгаеться). Збурю-вальнi завихрення мають форму, що представлена на рис. 4. Ос таких завих-рень паралельнi до швидкост основного потоку.
Вказанi явища визначають природу втрат у криволшшному потоцi, якi складаються з втрат на тертя; втрат, пов'язаних з виникненням парних вихо-рiв; втрат, викликаних наявнiстю мiсцевих вiдривiв потоку. ВЫ щ явища
Рис. 2. Рух потоку повтря у колШ
Рис. 3. Схема потошв мiж цилшдрами
Рис. 4. Потоки поблизу вгнуто'1 стшки
пов'язаш з iснуванням приповерхневого шару, а також з його вщривом вщ стiнки.
Якщо використати цей висновок для руху потоку повпря в циклош, то для зменшення втрат у циклонi передусiм необхiдно усунути мiсцевi аероди-намiчнi дифузори, яю часто призводять до вiдривiв приповерхневого шару, що значно турбулiзуе потж. Наступним кроком повинно бути зменшення ш-тенсивностi вторинних потокiв i тiльки пiсля цього потрiбно шукати засоби зменшення сил тертя. Головна частина спаду тиску, близько 80 %, це втрати у середиш циклона на енергетичне розсдавання у в'язкому турбулентному обертальному потоцi. Решта 20 % втрат пов,язанi з розсдаванням потоку на виходi, розширенням на входi i тертям до стшки циклона [9]. Тому в циклош насамперед необхщно боротися з негативними проявами приповерхневого шару, а не з радiальним стоком. 1снування радiального стоку i значна стушнь турбулiзацн повiтря в циклош е тiльки наслiдками iснування та вiдриву приповерхневого шару.
Незважаючи на детальний опис приповерхневого шару в циклош, в рядi джерел [6-10], не розроблено методiв боротьби з його шюдливими проявами в циклонах. Вщомими е таю основш методи управлiння приповерхне-вим шаром [11, 12]:
• рух стшки в напрям1 потоку;
• збшьшення швидкост1 приповерхневого шару;
• вщсмоктування приповерхневого шару;
• перехщ потоку у приповерхневому шар1 з ламшарного в турбулентний.
У [13] описана установка з зовшшньою стшкою, що обертаеться (рис. 5) для очищення води вiд нафти. Проте даний метод е надто незручний для широкого практичного використання на шдприемствах деревообробно! галуз^ а отриманий виграш в енерговитратах незначний. Збшьшення швид-кост приповерхневого шару вимагае значних додаткових енерговитрат, а тому не може бути застосовано. Тому, як найбшьш перспективний для подаль-шого вивчення, був обраний метод вщсмоктування приповерхневого шару.
Рис. 5. Конструкця сепаратора для очищення води [13]
Вщсмоктування приповерхневого шару стабшзуе його, а зменшення опору досягаеться при цьому в результат попередження переходу ламшарного режиму потоку повпря в турбулентний [11]. Дiя вщсмоктування прояв-ляеться двояко. По-перше, вщсмоктування зменшуе товщину приповерхневого шару, а бшьш тонкий приповерхневий шар мае меншу схильшсть до переходу в турбулентний стан. По-друге, вщсмоктування створюе у приповерхне-
вому шарi так профiлi швидкостей, якi володдать бiльш високою границею стiйкостi, тобто бшьш високим критичним числом Рейнольдса, шж профiлi швидкостей у шaрi без вiдсмоктувaння [11, 12].
За наявност вiдсмоктувaння критичне число Рейнольдса практично у 100 рaзiв перевищую критичне число Рейнольдса без вщсмоктування [11, 12]. Потiк у приповерхневому шaрi збер^аеться при вiдсмоктувaннi ламшарним не тiльки завдяки зменшенню товщини шару, а також, i причому значно бшь-шою мiрою, завдяки шдвищенню грaницi стiйкостi для профшв швидкостей. До позитивних нaслiдкiв вщведення частини очищеного повiтря з циклона необхщно вiднести й те, що рaдiaльний стiк, який зароджуеться поблизу зовшшньо! стiнки циклона i за рахунок приеднаних мас вторинних потоюв на-ростае до значних швидкостей на межi потоку, який спрямований вверх, буде нейтрaлiзовaний.
Враховуючи те, що у деревообробнiй промисловост циклони тради-цiйно встановлюються на нагштальнш дiльницi вентилятора, ефект вщсмок-тування приповерхневого шару легко оргашзувати на прaктицi використан-ням фшьтрувально! зовшшньо! стiнки. Тому, зважаючи на сказане вище, нaйбiльш перспективною конструкщею циклона для дослiджень е циклон з фшьтрувальною зовнiшньою стiнкою. Тобто, для боротьби з негативними проявами приповерхневого шару пропонуетъся замша зовншнъо1 металево'1 стшки циклона на фшътрувалъну. Таке ршення дае змогу:
• зменшити товщину приповерхневого шару поблизу зовшшньо! стшки циклона, чим можна нейтрал1зувати дш турбулентних завихрень в ньому;
• створити рад1альний иотш у напрям1 до зовшшньо! спнки циклона, чим можна нейтрал1зувати дш рад1ального стоку;
• за рахунок ввдводу частини потоку через стшку зменшуеться швидк1сть потоку у вихлоишй труб1 i кошчшй частит циклона;
• зменшити вплив вторинних поток1в на процес сепараци;
• рaдiaльний потж поблизу зовшшньо! стшки циклона створюе додатковий притискувальний грaдiент, який протидiе повторному захопленню частинки потоком повiтря, сприяе коагуляцй' частинки у зростки;
• зменшити швндк1сть потоку у котчнш чaстинi циклона;
• подaльшi дослщження, як1 проводилися автором, п1дтвердили правильшсть обраного напряму вдосконалення конструкцй' циклона [14].
Лггература
1. Охрана воздушной среды на деревообрабатывающих предприятиях/ Русак О.Н., Милохов В В., Яковлев Ю.А., Щеголев В.П. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 240 с.
2. Бретшнайдер Б, Курфюст И., Охрана воздушного бассейна от загрязнений: технология и контроль: Пер с англ./ Под ред. А.Ф. Туболкина. - Л.: Химия, 1989. - 288 с.
3. Козориз Г.Ф. Пневматический транспорт деревообрабатывающих предприятий, М.: Машиностроение, 1968. - 122 с.
4. Jürgen Roth, M. Scot., Energy Saving in Cyclone Systems PMT - Zyklontechnik GmbH, Krems, Austria, 2000. - р. 39-64.
5. Сэкономить на пылеочистке воздуха. Günter Fuchshuber, Scheuch GmbH, Австрия. Деревообрабатывающие оборудование Восточной Европы. ISSN 1427-955X. Сентябрь 2001 г.
6. Пирумов А.И., Аэродинамические основы инерционной сепарации/ Под ред. Н.Я. Фабриканта. - М.: Госстройиздат, 1961. - 121 с.
7. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха, 2-е изд. перераб. и доп. - М: Стройиздат, 1981. - 296 с.
8. Frank Th. Application of Eulerian-Lagrangian prediction of gas-particle flow to cyclone separators. Lecture series1999-2000. "Theoretical and experimental modeling of particle flow". Brussels. Belgium. 03-07April 2000.
9. Christian Fredriksson Exploratory Experimental and Theoretical Studies of Cyclone Gasification of Wood Powder. Doctoral thesis. Lulea University of technology. Sweden. 1999.
10. Ter Linden A., Investigation into cyclone Dust Collectors. Proc.Inst. Mech. Eng., 1949. pp160-233.
11. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, из-д-во "Наука", 1978. - 736 c.
12. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя/ Пер. с нем. - М.: Наука, 1974. - 712 с.
13. Lecoffre Y., Gay J.C., Goffart A. Optisep, a new concept in liquid-liquid separation. Stavanger. Force downhole/subsea processing seminar.16-17 march 1999.
14. Лютий С.М., Нахаев П.П., Ляшеник А.В. Ефективнють застосування циклошв i3 фшьтруючими зовнiшнiми стiнками// Наук. вiсник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. -Львiв: УкрДЛТУ. - 2001, вип. 12.2. - С. 121-125._
УДК674.047 Доц. 1.М. Озармв, канд. техн. наук;
доц. М.С. Кобринович, канд. фiз.-мат наук - УкрДЛТУ
ОСОБЛИВОСТ1 ЗОВН1ШНЬОГО ТЕПЛООБМ1НУ В ПРОЦЕСАХ ПРОМЕНЕКОНВЕКТИВНОГО СУШ1ННЯ ДЕРЕВИНИ
Розкрип особливост теплообмшу в технолопчних процесах конвективно-радь ацiйного сушiння деревини. Наведено вщповщш аналiтичнi вирази для розрахунку теплообмшу.
Doc. I.M. Ozarkiv; doc. M.S. Kobrynovich - USUWFT
The peculiarities of external heatexchange in the process of the radiant
convective wood drying
The article deals with the peculiarities of heatexchange in the technological process of convecctive-radiant wood drying. The corresponding analytical formula for calculating heatexchange are given.
В останш роки конвективно-рад1ацшне сушшня як за рахунок тради-цшних джерел шфрачервоного (1Ч) випром1нювання, так i нетрадицшного, еко-лопчно чистого й вщновлювального джерела теплово! рад1аци (зокрема, соняч-ного випром1нювання) знаходить широке використання не тшьки для сушшня тонких листових матер1ал1в (сушеного i струганого шпону, лшарських рослин, тютюну, тонких шар1в стружки чи тирси), але й для сушшня пилопродукци.
Анал1з умов опромшення у промислових 1Ч-установках показуе, що матер1ал (об'ект сушшня) опромшюеться змшаним спрямовано-дифузшним у певному обмеженому тшесному кут Аю та повшстю дифузним нашвсфе-ричним потоком (Аю=2п) випромшювання. Що стосуеться направленого опромшення матер1ал1в е опромшення сонячним випромшюванням, яке мае м1сце при сушшш фруклв, овоч1в, бавовнику, чаю, тютюну, торфу i т.п., а та-кож при конвективно-атмосферному сушшш пиломатер1ал1в (дощок, заготовок, бруЫв тощо). При виконанш теплових розрахунюв сушарок, як працю-ють в умовах променевого теплообмшу, необхщно знати терморад1ацшш властивосл об'екта опромшення (R, D, A, s).
