УДК 621.928.93+621.733.2

Регрессионные модели газодинамических течений в прямоточном циклоне с сепарационной камерой переменного сечения

,

Иркутский национальный исследовательский технический университет,

664074, 3.

Выполнена аппроксимация экспериментально измеренных полей полных скоростей и статических давлений в кольцевом закрученном потоке переменного сечения, характерном для сепарационной зоны прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли при наличии в ней конического или профилированного внутреннего вытеснителя потока, предназначенного для подавления центрального вихря.

Ключевые слова: прямоточный циклон; профилированный вытеснитель; центральный вихрь; поля полной скорости и статического давления.

REGRESSION MODELS OF GAS-DYNAMIC FLOWS IN UNI FLOW CYCLONE WITH SEPARATING CHAMBER OF VARIABLE SECTION

M. Arshinsky, V. Tyutyunin

Irkutsk National Research Technical University,

83 Lermontov Street, Irkutsk, Russia, 664074.

 Approximation of experimentally measured fields of full speeds and static pressures have been done in the annular swirling stream of variable section, typical for the separation zone of uniflow cyclone with intermediate selection of dust in case of availability in it of conical or profiled inner propellant stream designed to suppress the central vortex.

Keywords: uni flow cyclone, shaped propellant, central vortex, the fields of full speed and static pressure

Закрученные потоки широко используются в технических устройствах для интенсификации тепломассообменных и сепарационных процессов в поле действия центробежных сил (сушка дисперсных материалов, обеспыливание воздуха, очистка природного газа на месторождениях, энергоразделение в трубках Ранка и т. д.). В современных конструкциях прямоточных газоочистных аппаратах сепарационная камера представляет собой кольцеобразный канал переменного сечения, где происходит обтекание газом внутренних конструкционных элементов. В научно-технической литературе, в большинстве случаев, практически отсутствуют экспериментальные данные об аэродинамике закрученных потоков в таких каналах. Для получения более полной информации о полях скоростей и давлений необходимы более подробные экспериментальные исследования кольцевых каналов прямоточных циклонов.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В работе рассматривается закрученный поток, в котором завихренность создается при помощи аксиального лопаточного аппарата, установленного на входе в прямоточный циклон. Ранее исследователями отмечались некоторые особенности закрученных потоков: противоток, прецессирующее вихревое ядро [1]. Уточнение аэродинамических особенностей потока в газоочистном аппарате, в частности, изучение профилей изменения полной скорости и статического давления позволит усовершенствовать конструкцию и повысить сепарационную эффективность процесса.

В работе [2] представлены экспериментально измеренные поля скоростей и давлений закрученного потока воздуха в прямоточном циклоне с промежуточным отбором (ПЦПО) с внутренним диаметром D = 114 мм, кольцевая сепарационная камера которого имеет переменное сечение, сформированное за счет внутреннего вытеснителя центрального вихря. Исследованы на чистом воздухе два вытеснителя центрального вихря: конический (конфигурация К1) и профилированный (конфигурация К2) с максимальным диаметром 85 мм. Точки расположения замеров приведены на рис. 1.

______________

1, магистрант гр. ЭКОм-16-1, e-mail: *****@***ru

Arshinsky Maksim I., MA student gr. ECOM-16-1, IRNITU, e-mail: *****@***ru

2Тютюнин Веденей Викторович, канд. техн. наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды им. , е-mail: *****@***ru

Tyutyunin Vedenei V., Ph. D., assistant professor of enrichment of the sought-benefiting, and environmental protection to them. S. B. Leonova, IRNITU, e-mail: *****@***ru

а б

Рис. 1. Расположение точек замера в ПЦПО конфигурации К1 (а) и К2 (а)

Для описания скорости закрученного потока W в технологических аппаратах используют так называемый вихрь Рэнкина: где – для квазитвердого вращения газа , – для квазипотенциального движения газа , где – радиус раздела квазитвердого и квазипотенциального вращения газа [3].

Для циклонных противоточных пылеуловителей приводятся следующие данные: 0,45 < n < 0,8 при r* < r < R, причем 0,4R r* 0,6R [4].

На рис. 2 и рис. 3 представлены зависимости полной скорости W и статического давления P от безразмерного радиуса ( – текущий радиус) в циклоне ПЦПО конфигураций К1 и К2 в точке замера Т9 (зона промежуточного отбора (ПО) пыли). Точки – экспериментальные данные, кривая – регрессионная зависимость. Каждая точка является средним арифметическим значением результатов 5–6 опытов.

Для ПЦПО конфигурации К1 в результате обработки экспериментальных данных в пакете Statgraphics Plus профили полной скорости и статического давления аппроксимированы регрессионными зависимостями от безразмерного радиуса rr, представленными в табл. 1 и табл. 2 соответственно.

Критерии достоверности аппроксимации: R2– коэффициент детерминации, – критерий Дарбина-Уотсона, стандартная σ и абсолютная △ ошибки.

Как видно из табл. 1, до ПО распределение скорости имеет вид

, (1)

где А, В, С – параметры, зависящие от текущих радиуса и длины сепарационной камеры.

Начиная с точек отбора Т10, где начинается полая часть сепарационной камеры, параметр А в распределении (1) равен нулю. С увеличением относительной длины сепарационной камеры доля зоны с квазитвёрдым вращением газа уменьшается.

Для ПЦПО конфигурации К2 регрессионные зависимости распределений полной скорости и статического давления от представлены в табл. 3 и табл. 4 соответственно. Как видно из табл. 3, полная скорость также описывается уравнением (1).

а)

б)

Рис. 2. Зависимость полной скорости от безразмерного радиуса для ПЦПО конфигурации

К1 (а) и К2 (б) в зоне ПО, точки отбора Т9

а

б

Рис. 3. Зависимость статического давления от безразмерного радиуса

для ПЦПО конфигурации К1 (а) и К2 (б) в зоне промежуточного отбора, точки отбора Т9

Таблица 1

Зависимость скорости от безразмерного радиуса для ПЦПО с К1

Точка

замера

Полная скорость, м/с

Т7

W = 494,614 – 373,7450,3 – 87,143/

95,75

2,59

1,376

0,798

Т8

W = 225,305 – 154,9090,3 – 36,264/

94,78

1,56

2,150

1,531

Т9

W = 730,246 – 578,6680,3 – 120,016/

97,23

2,77

2,288

1,376

Т10

W = 42,2300,3 – 6,739/

97,28

1,16

2,455

1,853

Т11

W = 39,2260,3 – 6,616/

94,83

1,28

1,690

1,285

Т12

W = 42,6200,3 – 9,569/

95,76

1,43

1,164

0,795

Т15

W = 17,6720,3 + 11,163/

96,42

2,37

0,465

0,283

Т16

W = 5,3240,3 + 18,903/

99,62

2,48

0,472

0,326

В отличие противоточных циклонов для квазипотенциального движения показатель n = 0,3. Полная скорость при конфигурациях К1 и К2 достигает максимального значения при радиусе r*. Для конфигурации К1 максимум смещен к стенке сепарационной камеры циклона, для вытеснителя при конфигурации К2 – к стенке вытеснителя. Полученные данные согласуются с результатами исследования , и [5].

Сопоставление табл. 2 и 4 показывает, что статическое давление в ПЦПО конфигурации К1 выше, чем при конфигурации К2, но также описывается параболической зависимостью от безразмерного радиуса.

Таблица 2

Зависимость статического давления от для ПЦПО с К1

Точка замера

Статическое давление, кПа

Т7

P= 95,538 – 6,669 + 5,2912

99,46

2,63

0,018

0,010

Т8

P= 94,250 – 3,085 + 2,8472

97,49

3,13

0,028

0,020

Т9

P= 94,520 – 4,025 + 3,5512

99,09

2,83

0,020

0,012

Т10

P= 93,804 – 1,559 + 1,8022

99,96

2,96

0,004

0,002

Т11

P= 93,877 – 1,438 + 1,5472

99,72

3,67

0,008

0,005

Т12

P= 94,524 – 3,101 + 2,5992

98,64

2,60

0,018

0,009

Т15

P= 91,864 + 3,682 – 1,5782

99,14

3,19

0,025

0,012

Т16

P= 90,527 + 7,467– 3,7832

99,76

2,43

0,023

0,001

Таблица 3

Зависимость скорости от безразмерного радиуса для ПЦПО с К2

Точка замера

Полная скорость, м/с

Т7

W = 138,857 – 94,0390,3 – 11,468/

89,94

2,59

0,863

0,459

Т9

W = –10,614 + 39,0870,3 + 7,207/

96,42

1,98

0,467

0,291

Т10

W = 140,227 – 107,3700,3 – 7,480/

95,07

1,85

1,205

0,880

Т11

W = 128,172 – 97,2190,3 – 6,224/

91,44

1,26

1,784

1,274

Т12

W = 130,363 – 96,0450,3 – 7,443/

87,21

1,82

2,663

1,786

Т13

W = 139,745 – 107,9020,3 – 6,676/

93,53

1,38

1,690

1,250

Т14

W = 145,656 – 114,6830,3 – 6,971/

93,60

1,41

1,784

1,298

Т15

W = 163,953 – 135,1000,3 – 7,897/

96,64

1,32

1,507

1,042

Т16

W = 170,819 – 139,1510,3 – 9,258/

91,46

2,17

2,598

1,635

Таблица 4

Зависимость статического давления от для ПЦПО с К2

Точка замера

Статическое давление, кПа

Т7

P= 92,105 + 2,141

95,08

2,16

0,078

0,052

Т8

P= 92,131 + 2,085

94,17

2,27

0,100

0,076

Т9

P= 91,550 + 5,306 – 2,3442

99,77

1,86

0,031

0,021

Т10

P= 90,233 + 8,677 – 4,4602

99,67

1,30

0,060

0,043

Т11

P= 90,233 + 6,932 – 3,1752

98,39

1,56

0,143

0,093

Т12

P= 89,869 + 6,561 – 2,7912

97,51

1,29

0,179

0,122

Т13

P= 90,052 + 5,716 – 1,9102

97,32

1,28

0,188

0,134

Т14

P= 91,932 + 6,530 – 2,7522

97,06

1,58

0,196

0,134

Т15

P= 91,984 + 6,817 – 2,9932

96,58

1,63

0,214

0,136

Т16

P= 92,146 + 5,468 – 1,6742

96,69

1,17

0,210

0,154

Уточнение аэродинамических особенностей потока в пылеулавливающем аппарате, в частности, изучение профилей изменения полной скорости и статического давления позволит усовершенствовать конструкцию и повысить сепарационную эффективность процесса. Найденные регрессионные зависимости позволят вычислить для закрученных потоков коэффициенты Кориолиса и Буссинеска.

Библиографический список

1. , Окулов потоки в технических приложениях (обзор) // Теплофизика и аэромеханика. 1996. Т. 3. № 2. С. 101–138.

2. Аршинский определение полей скоростей и давлений закрученного потока в кольцевом канале прямоточного циклона с промежуточным отбором // Внедрение результатов инновационных разработок: проблемы и перспективы: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (18 ноября 2016 г., Екатеринбург): в 4 ч. Уфа: Изд-во МЦИИ ОМЕГА САЙНС. 2016. С. 41–47.

3. Гуцол Ранка // Успехи физических наук. Т. 167. № 6. С. 665–687.

4. акрученные потоки. М. : Мир, 1987. 588 с.

5. , , Осташев и аэродинамика закрученного потока в циклонных устройствах. Л. : Изд-во Ленинградского ун-та, 1989, 276 с.