Состояние исследований в области конструирования циклонных пылеуловителей, цели и задачи исследования (стр. 6 )

Несмотря на подробное описание приповерхностного слоя в циклоне, в ряде источников [3, 6, 24, 25], не разработаны методов борьбы с его вредными проявлениями в циклонах. Известны следующие основные методы управления приповерхностным слоем [27, 28]:

• движение стенки в направлении потока;

• увеличение скорости приповерхностного слоя;

• отсасывания приповерхностного слоя;

• переход потока в приповерхностном слое с ламинарного в турбулентный.

Наиболее перспективным для дальнейшего изучения, был выбран метод отсасывания приповерхностного слоя.

Отсос приповерхностного слоя стабилизирует его, а уменьшение сопротивления достигается при этом в результате предупреждения перехода ламинарного режима потока воздуха в турбулентный [27]. Действие отсасывания проявляется двояко. Во-первых, отсасывание уменьшает толщину приповерхностного слоя, а более тонкий приповерхностный слой имеет меньшую склонность к переходу в турбулентный состояние. Во-вторых, отсасывание создает в приповерхностном слое такие профили скоростей, которые обладают более высокой границей устойчивости, то есть более высоким критическим числом Рейнольдса, чем профили скоростей в слое без отсасывания [27, 28].

При наличии отсоса критическое число Рейнольдса практически в 100 раз превышаю критическое число Рейнольдса без отсоса [27, 28]. Поток в приповерхностном слое сохраняется при отсасывании ламинарным не только благодаря уменьшению толщины слоя, а также, и причем в гораздо большей степени, благодаря повышению предела устойчивости для профилей скоростей. К позитивным последствиям отвода части очищенного воздуха из циклона необходимо отнести и то, что радиальный сток, который зарождается вблизи внешней стенки циклона и за счет присоединенных масс вторичных потоков нарастает к значительным скоростей на границе потока, который направлен вверх, будет нейтрализован.

Учитывая, что в деревообрабатывающей промышленности циклоны традиционно устанавливаются на нагнетательной участке вентилятора, эффект отсасывания приповерхностного слоя легко организовать на практике использованием фильтровальной внешней стенки. Поэтому, учитывая вышесказанное, наиболее перспективной конструкцией циклона для исследований является циклон с фильтровальной внешней стенкой. То есть, для борьбы с негативными проявлениями приповерхностного слоя предлагается замена наружной металлической стенки циклона на фильтровальную. Такое решение позволяет:

• уменьшить толщину приповерхностного слоя вблизи внешней стенки циклона, чем можно нейтрализовать действие турбулентных завихрений в нем;

• создать радиальный поток в направлении к внешней стенке циклона, чем можно нейтрализовать действие радиального стока;

• за счет отвода части потока через стенку уменьшается скорость потока в выхлопной трубе и конической части циклона;

• уменьшить влияние вторичных потоков на процесс сепарации;

• радиальный поток вблизи внешней стенки циклона создает дополнительный притискувальний градиент, который противодействует повторном захвату частицы потоком воздуха, способствует коагуляции частицы в сростки;

• уменьшить скорость потока в конической части циклона;

• дальнейшие исследования, которые проводились автором работы [26], подтвердили правильность выбранного направления совершенствования конструкции циклона.

1.2.2. Взаимозависимость оптимальных значений условных скоростей циклонных аппаратов и их коэффициентов гидравлического сопротивления.

При подготовке материалов для справочника [16] были получены данные, анализ которых позволил выявить характер взаимозависимости оптимальных значений условных скоростей () и величин коэффициентов гидравлического сопротивления () для различных конструкций циклонных аппаратов (далее циклонов).

Наличие указанной выше взаимозависимости достаточно очевидно, т. к. показатели и связаны уравнением:

    (2.1)

При этом оптимальные значения гидравлического  сопротивления  () всех конструкций циклонов принадлежат определенному диапазону величин, ограниченному с одной стороны стремлением достигнуть наибольшей эффективности пылеулавливания, а с другой стороны — уложиться в допустимые эксплуатационные показатели (в т. ч. и энергозатраты).

Однако в проработанной автором работы [16] литературе (всего более 200 источников) сведений о подобных исследованиях найдено не  было,  поэтому  автор  провел  такую работу самостоятельно.

В таблице 2.1 приведены значения рассматриваемых показателей для конструкций циклонов средних типоразмеров (в основном ) без раскручивающих и прочих дополнительных устройств по данным наиболее достоверных (по мнению автора работы [16]) источников. Сопротивление циклонов   рассчитано  исходя  из  значений и при .

Область распределения значений   циклонов  относительно  их  показана  на  рисунке  2.1.  На  рисунке  2.2 приведена область распределения значений циклонов относительно их .

Рисунки 2.1 и 2.2 демонстрируют характер области распределений указанных параметров (сужение в сторону увеличения значений и ), а также отсутствие для существующего модельного ряда отечественных конструкций циклонов четкой взаимозависимости между и (аналогично и между и ).

Диаграмма взаимозависимости основных аэродинамических показателей  и   для  наиболее  применяемых моделей циклонов (кроме СК-ЦН-22, КЦТ, бочкообразных циклонов Гипродрева (ГД) и Промстройпроекта (ПСПроект)) приведена на рисунке 2.3.

Значения показателей исключенных конструкций циклонов значительно выбиваются  из  «общего  ряда»  в  связи  с тем, что:

– СК-ЦН-22 является технологическим циклоном специального назначения;

– КЦТ – пылеуловитель, что и обуславливает специфичность его конструкции и, соответственно, аэродинамических показателей;

– бочкообразные циклоны Гипродрева и Промстройпроекта являются устаревшими конструкциями и не рекомендованы к применению [16, 17].

Таблица 2.1 - Значения показателей для конструкций циклонов средних типоразмеров.

Рисунок 2.1. Область распределения значений циклонов в зависимости от их .

Для циклона ЦН-11 в рассматриваемых исследованиях было принято значение Vцопт = 3,0 м/с (вместо рекомендованной разработчиками Vцопт = 3,5 м/с [16, 18, 19]), т. к. оно (по мнению автора работы [16]) более соответствует приемлемой для современных условий эксплуатации величине аэродинамического сопротивления для данной модели.

Рисунок 2.2. Область распределения значений циклонов в зависимости от их КГСц.

Согласно диаграмме рисунка 2.3 линия тренда достаточно четко описывает рассматриваемые  точки,  что  подтверждается величиной достоверности аппроксимации  R2 ≈ 0,96.  Полученное уравнение аппроксимации можно округленно записать следующим образом:

Vцопт = 36,8 −0,47.

Рисунок 2.3 Зависимость от КГСц для различных моделей циклонов.

При рассмотрении отклонений от «общего  ряда»  показателей  было обнаружено,  что  они  принадлежат  в основном моделям, разработанным специально  в  качестве  циклонов-разгрузителей для деревообрабатывающей, зерноперерабатывающей и мукомольной промышленностей (см. рисунок 2.4). Как уже отмечалось выше, некоторые из этих моделей устарели и не рекомендованы к применению.