CC BY
48
УДК 66.011
А.С. Белоусов, Б.С. Сажин, В.Б. Сажин, М.А. Питомцева
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
РАСПАД ПОТОКА ГАЗОВЗВЕСИ В ЦИКЛОНЕ
The flow rate in residence time distribution of solid phase was investigated. There was sham that the residence time distribution of solid significantly depends on the regimes. In the condition of high flow velocity the zones of two flows appear in apparatus.
Исследовалось влияние расхода потока на распределение времени пребывания дисперсной фазы. Установлено, что распределение времени пребывания существенно зависит от режимов работы. При высокой скорости течения в аппарате появляются зоны с двумя потоками.
При повышенных расходах по газу эффективность циклона может выходить на режим насыщения и даже уменьшаться [1]. Снижение эффективности при повышенных скоростях можно объяснить вторичным уносом частиц из газодисперсного пограничного слоя, который, в свою очередь, может вызываться усилением приосе-вой турбулентности, отскоком частиц от стенки, развитием возвратного вихревого течения. Поскольку при таких явлениях может изменяться распределение времени пребывания (РВП) материала в аппарате, то представляет интерес рассмотреть характеристики течения газовзвеси с точки зрения подхода, основанного на типовых моделях структуры потоков [2].
Для исследования структуры потока была проведена идентификация однопара-метрических и многопараметрических моделей путем обработки кривых отклика C(t) на импульсное возмущение по дисперсной фазе. При обработке исследовалась однопа-раметрическая ячеечная модель, а также более сложные многопараметрические модели: циркуляционная модель с одним возвратным контуром, секционная модель с обратным перемешиванием между ячейками, двухпоточная секционная модель. Расчеты были выполнены для аппарата с диаметром D = 0,125 м., с высотой H = 1,5 м. [3]. Скорость в аппарате изменялась в диапазоне Vq = 0,45;0,62,1,03,1,28 м/с; исследовался материал с диаметром частиц 211 мкм. Для идентификации использовался метод нелинейного оценивания параметров, предложенный в работе [4].
Как установлено в результате расчетов, при повышенных скоростях никакие од-нопараметрические модели не описывают РВП. Анализ показал, что при повышении
скорости более некоторого критического значения V} изменяется модель структуры течения материала, поток распадается на две ветви с различными параметрами. Эти режимы описывает двухпоточная секционная модель, уравнения которой в относительных координатах имеют вид:
первая секция первого потока
*
(1)
все остальные секции первого потока
(2)
первая секция второго потока
dC
2,1
d6
N ¿2-(l - C21)
все остальные секции второго потока
dC
d6
2- = N -¿2 -(C2,i-1 - C2>i )
на выходе модели
C(0М1 - Ci,Wi (в)+ ¿2 . C2,n2 (в),
(3)
(4)
(5)
где N = щ + П2; Щ ,щ- число секций в первом и втором потоке; Ху Д2 - доли общего расхода, поступающие в первый и второй поток; С ^ г - относительная концентрация материала и ] - ом потоке и г -ой секции; в = 1 /1 - относительное время пребывания. Обозначим ч = Ху, тогда А2 = (1 - Ч) и, при одинаковом размере секций, модель включает три параметра: пу ,П2 и ч .
Для аппарата диаметром В = 0,125 м. и Ид = 9,6, И ё = 2,4 , = 1,28 м/с параметры пу ,П2 и ч были найдены методом нелинейного оценивания [4].
На рис. 1 представлены экспериментальная (1) и расчетные (2-4) кривые РВП
Рис. 1 Плотность распределения времени пребывания дисперсной фазы в циклоне : Vo=1,28 м/с, d=211 мкм. 1 O - эксперимент; 2 -□-□- ячеечная модель; 3 -А—А- ячеечная модель с обратным потоком; 4 — двухпоточная секционная модель.
частиц, характеризующие структуру потоков при повышенном расходе по газу через аппарат: 2 - кривая С (в) ячеечной модели при оптимальном N = 17,7; 3 - кривая С (в) секционной модели с обратным потоком; 4 - кривая С (в) двухпоточной секционной модели, при Ху = 0,65, пу = 53, П2 = 41, рассчитанная по (5). Значения Г - статистики для ячеечной модели и секционной с обратным потоком составляют соответственно Г = 2^89 и Гз = !8,249 то есть эти модели неадекватны. Адекватной является двухпоточная секционная модель, для которой Г4 = 3,4!3.
Как видно из результатов, представленных на рис. 1, второй поток имеет большее время пребывания и дисперсию РВП, чем первый поток. Такими характеристиками
должны обладать частицы, вынесенные из пограничного слоя, но затем вернувшиеся в основной поток и уловленные. Как установлено в результате расчетов, при Vo < 0,5 м/с
адекватной является ячеечная модель. Процесс распада потока на две ветви начинается
*
для данной конструкции циклона при значениях V^ > 0,5, близких к точке максимума пылеулавливания. Принимая во внимание этот факт, уравнение для критической
*
скорости VI было получено на основе данных по пылеулавливанию [1,3,5,6]:
' Л Н )-03 . В°,2 -48
* о
VI = 1,6 • 103
Pp -у
л"
(S -1)
(6)
где Рр, р^ - плотность материала и газа; 8 - параметр крутки устройства. Об
щая эффективность улавливания Е рассчитывалась по уравнениям
Г \
Е = 100 • (х) = 100 • п
\
x
2 2 lg с + lg а7
(7)
Fo (x) = f e "Z 2 7 2 dZ, (8)
где d^=5o - диаметр частиц, осаждаемых с вероятностью 50%; lg с^-
стандартное отклонение в функции распределения парциальных коэффициентов улавливания; Fo - интегральная функция нормального распределения. Для циклонов, испытанных при стандартных условиях, величина dn^=50 пересчитывалась на рабочие условия d^=5o по критерию Стокса; параметр с^ по данным [5] был принятс^ = 1,8 . Как
следует из полученных результатов, для пылеулавливающих циклонов оптимальная
*
скорость должна быть не более критической V\ . Для конических циклонов, имеющих высокие параметры крутки, необходимо минимизировать цилиндрическую часть устройства.
Список литературы
1. Гупта А.Закрученные потоки. Пер. с англ/ А.Гупта , Д.Лилли , Н.. Сайред.- М.: Мир, 1987. - 588с.
2. Кафаров В.В.Математическое моделирование основных процессов химических производств/ В.В.Кафаров, М.Б.Глебов. - М.: Высшая школа, 1991. - 400 с.
3. Kang S. K., Kwon T. W., Kim S. D. Hydrodynamic Characteristics of Cyclone Reactors//Powder Technology, 1989, v.58, № 3, p. 211-220.
4. Белоусов А.С. Диффузионная модель перемешивания в технологических аппаратах при малых числах Пекле / А.С.Белоусов, Б.С. Сажин //Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. - 2005, №2, с.96-100.
5. Коузов П.А. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности/ П.А.Коузов, А.Д.Мальгин, Г.М.Скрябин. - Л: Химия, 1982. - 256 с.
6. Экотехника //Чекалов Л.В., Карпухович Д.Т., Смирнов М.Е. и др.; Под ред. Чекалова Л.В. - Ярославль: Русь, 2004. - 424 с.
