автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гидродинамика и эффективность пылеулавливания прямоточных циклонов

Ангарская государственная техническая академия

На правах рукописи

Мусева Татьяна Николаевна

ГИДРОДИНАМИКА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ПРЯМОТОЧНЫХ ЦИКЛОНОВ

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

00315908Т

Ангарск - 2007

003159087

Работа выполнена в Ангарской государственной технической академии.

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Асламова Вера Сергеевна

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Гозбенко Валерий Ерофеевич

кандидат технических наук, доцент Самохвалов Николай Митрофанович

Ведущая организация ОАО «Иркутский научно-исследовательский и проектный институт химического и нефтяного машиностроения» (г. Иркутск)

Защита диссертации состоится «19 » октября 2007 г в 20 часов на заседании диссертационного совета К212 007 01 при Ангарской государственной технической академии по адресу 665835, г Ангарск, ул Чайковского, 60, зал заседаний ученого совета (факс (8-3951)67-18-32)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ангарской государственной технической академии

Автореферат разослан «19» сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

Асламов А. А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Закрученные двухфазные потоки нашли широкое применение в технических устройствах для интенсификации тепломассообменных и сепарационных процессов

Хорошая очистка газа от пыли может быть достигнута в прямоточных циклонах, основными преимуществами которых являются эффективное разделение в широком диапазоне варьирования расхода газа и концентрации пыли при сравнительно небольшом гидравлическом сопротивлении, надежность и простота конструктивного оформления Использование таких циклонов позволяет получить уловленный продукт, не требующий дальнейшей очистки, что существенно облегчает его регенерацию и утилизацию Наиболее эффективными являются прямоточные циклоны с промежуточным отбором пыли

Определяющими характеристиками циклонных пылеуловителей являются эффективность сепарации и гидравлическое сопротивление Известные методы расчета, основанные на использовании эмпирических вероятностных функций, описывающих параметры фракционной эффективности циклонных пылеуловителей и дисперсный состав пылей, не отличаются большой точностью Это обусловлено тем, что функции массового распределения частиц по размерам многих промышленных пылей не удовлетворяют логарифмически-нормальному закону из-за действия нескольких механизмов пылеобра-зования Использование некоторых методов затруднительно из-за их многоэтапное™, сложности и трудоемкости получения исходных данных для расчета

Одной из причин ограниченного использования вихревых аппаратов является отсутствие надежных методов расчета аэродинамики и происходящих в них процессов, а также критериев масштабного перехода от лабораторных моделей к производственным установкам Это приводит к тому, что имеется много единичных высокоэффективных циклонов, но их широкое распространение сдерживается отсутствием четких рекомендаций для осуществления перехода на другую производительность и смену режимов работы Таким образом, проблема разработки метода расчета эффективности прямоточных циклонов, позволяющая достаточно точно прогнозировать ее величину при масштабировании конструктивных и технологических параметров, является актуальной и практически значимой Цель работы

Разработка метода расчета эффективности прямоточных циклонов при масштабировании конструктивных и технологических параметров на основе математического моделирования закрученного движения жидкости, газа и частиц пыли, а также статистической обработки экспериментальных данных

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи

1 Разработать математическую модель движения закрученного осесимметричного течения вязкой жидкости с переменной круткой в дивергентной форме в переменных «функция тока - вихрь»

2 Составить разностные схемы и определить условие их устойчивости

3 Найти поля окружной и осевой компонент скорости на основе численного решения предложенной математической модели

4 Проанализировать закономерности движения частиц пыли в прямоточном циклоне с промежуточным отбором и оценить влияние на сепарацию эффектов Магнуса и рикошета частиц

5 Разработать новый метод расчета эффективности пылеулавливания прямоточных циклонов, учитывающий диаметр циклона, медианный диаметр улавливаемой пыли, за-

пыленность потока и скорость газа на основе статистической обработки экспериментальных данных и анализа основных закономерностей движения газа и частиц пыли в закрученном потоке

6 Сопоставить известные методы расчета эффективности пылеулавливания прямоточных циклонов с предлагаемым методом и экспериментом Основные научные результаты

1 На базе уравнений Навье-Стокса и закона сохранения момента импульса разработана математическая модель движения закрученного осесимметричного течения вязкой жидкости в переменных «функция тока - вихрь» в прямоточном циклоне с изменяющейся круткой потока.

2 Составлены трехточечные разностные схемы прямой и обратной прогонок с использованием дробных шагов В результате численного решения получены профили осевой и окружной компонент скорости закрученного осесимметричного течения жидкости

3 Дано математическое описание движения частицы пыли в прямоточном циклоне с промежуточным отбором под действием центробежной силы и аэродинамического сопротивления газового потока

4 Получены массивы траекторий движения частин пыли разного диаметра при различных точках входа в циклон и формулы для расчета минимального диаметра частиц, улавливаемых промежуточным и основным отборами пыли Рассчитаны теоретические эффективности сепарации промежуточного отбора и циклона в целом, которые сопоставлены с экспериментальными значениями и с расчетом по методике НИИОГАЗ

5 Выполнен анализ отскока частиц разных размеров от стенок циклона за счет рикошета для различных значений коэффициента восстановления нормального импульса Выполнена оценка диаметра частиц, отрывающихся от стенок под действием эффекта Магнуса, для различных углов закрутки потока и диаметра аппарата

6 Обобщены эмпирические зависимости для относительного уноса в зависимости от диаметра циклона, медианного диаметра частиц пыли, концентрации пыли, скорости газа, пригодные для расчета эффективности сепарации прямоточных циклонов

Практическая иенность

1 Разработан новый высокоэффективный прямоточный циклон с промежуточным отбором пыли, в котором для интенсификации процесса сепарации на патрубке отвода очищенного газа установлена насадка, зжектирующая воздух из пылевого бункера Конструкция циклона защищена патентом РФ на полезную модель (№ 61156)

2 На базе разработанного циклона создан и испытан групповой циклон для минера-ловатного производства Проверена сходимость экспериментальной фракционной и полной эффективностей группового циклона с расчетом по методам, предложенным другими авторами

3 Разработана программа расчета движения закрученного осесимметричного течения вязкой несжимаемой жидкости методом прогонки с использованием дробных шагов, которая позволила получить профили осевой и окружной компонент скорости потока

4 Показана неудовлетворительная пригодность вероятностно-энергетического метода для расчета диаметра частиц, улавливаемых различными прямоточными и противо-точными циклонами с 50% эффективностью

5 Предложен эмпирический метод расчета эффективности пылеулавливания прямоточных циклонов, точность прогнозирования которого при масштабном переходе превышает точность методики НИИОГАЗ

6 Результаты проведенных исследований и разработанный эмпирический метод рас-

чета эффективности сепарации прямоточных циклонов использованы в научно-производственном объединении «Экопромсфера», в учебных процессах Ангарской государственной технической академии и Восточно-Сибирского государственного технологического университета (г Улан-Удэ)

Достоверность полученных научных результатов подтверждается

• совпадением полученных профилей осевой и окружной скоростей вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрическом циклоне с результатами других исследователей,

• сопоставимостью теоретических и экспериментальных оценок эффективности прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли (одиночного и группового),

• сравнительным анализом эффективности сепарации циклонов, рассчитанной по различным методам (фракционным методам Шиляева, вероятностно-энергетическим, НИИОГАЗ) с экспериментальными данными,

• хорошей сходимостью (±2%) расчетных значений эффективности сепарации по предлагаемому методу с опытными данными других авторов

Апуобания работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях «Современные технологии и научно-технический прогресс» в Ангарской государственной технической академии, на международной конференции «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий» (Томск ТПУ, 2006), международной научной конференции «Математические методы в технике и технологии» (г Ярославль, 2007), на Всероссийских научных конференциях с международным участием «Актуальные вопросы защиты окружающей среды и безопасность территорий регионов России» (Улан-Удэ, ВСГТУ, 2006-2007), на научно-пракгаческой конференции «Безопасность регионов - безопасность России» (Иркутск, ИрГУПС, 2007)

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 6 статей, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент РФ на полезную модель, 6 тезисов докладов

Структура и объем работы

Диссертационная работа включает введение, четыре главы, основные результаты и выводы, список основной использованной литературы (170 наименований), условные обозначения и 4 приложения Основное содержание изложено на 173 страницах, 27 рисунках, 10 таблицах

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы и приведена общая характеристика диссертации с тезисным изложением основных положений и результатов работ, обозначены цель и задачи исследования

В первой главе приведен анализ существующих методов решения уравнений На-вье - Стокса, описывающих течение реального газа Из-за нелинейности уравнений На-вье - Стокса получить точные аналитические решения удается сравнительно редко Одним из методов получения точных решений дифференциальных уравнений является введение новых переменных в виде безразмерных комбинаций исходных физических переменных Это позволяет уменьшить число независимых переменных (частичная ав-томодельность), или свести уравнения в частных производных к обыкновенным дифференциальным уравнениям (полная автомодельность)

Теория решения уравнений Навье-Стокса пошла, главным образом, по линии развития приближенных методов интегрирования Однако до настоящего времени нет тео-

регической основы для численного интегрирования дифференциальных уравнений в частных производных, хотя существуют хорошо зарекомендовавшие себя способы численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений, которые дают решения с заранее заданной точностью Перспективными являются применение кинетически-согласованных разностных схем, использование разностного аналога системы уравнений Навье - Стокса в переменных «функции тока - вихрь»

В результате проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования Во второй главе приведена постановка краевой задачи осесимметричного ламинарного закрученного течения жидкости в цилиндрическом циклоне при следующих допущениях пренебрегаем действием гравитационной силы, так как во вращающихся потоках центробежная сила существенно превосходит гравитационную, жидкость является вязкой и несжимаемой Последнее допущение правомерно, так как вблизи стенок циклона в пределах пограничного слоя концентрированный газопылевой поток можно считать вязкой несжимаемой жидкостью Тогда уравнения Навье-Стокса в цилиндрических координатах примут следующий вид

ди ди

и--I-V—

дх дг

дч ду

и--Н V--

дх дг

1 дР ц А

=---— +—Ди,

р дх р

IV

г

1 дР ц(. V —+ £ Ду—г р дг р\ г

дш дм> -V/ и(. м>

и--Ну— + у— = — Ди*—г-

дх дг г р\ г

1

+---оператор Лапласа, и, V, м> - осевая, радиальная и окружная ком-

г дг

где Д = —у + —-дхг дг

поненты скорости, Р - давление, ц - динамическая вязкость, р -плотность

Из условия прилипания частиц жидкости к неподвижным стенкам аппарата их осевая и радиальная компоненты скорости на стенках равны нулю и = О, V = 0, м> =№0 В сиди

лу симметрии на оси х (г = 0) — = 0,у = 0,^ = 0 На сечениях АВ и СО (рис 1) будем

дг

задавать условия периодичности, обусловленные наличием закрутки потока на входе в сепарационную камеру и раскрутки потока при входе в промежуточный отбор (участок ЕР), для осевой составляющей скорости в виде

. . . . ди(х,, г, <р) ди(хв,г,<р)

ох ох

Аналогично записываются условия периодичности для радиальной и окружной компонент скорости

Опыт численного решения уравнений Навье-Стокса показывает, что лучшими разностными схемами являются дивергентные (консервативные) схемы, построенные на основе интегральных соотношений или из уравнений движения в дивергентной форме Поэтому будем составлять разностную схему для функций тока У, вихря скорости П, х момента импульса Ф в дивергентной форме

В'

С'

Рис. 1 К постановке задачи

Уравнение для момента импульса Ф единицы массы жидкости относительно оси симметрии Ох в дивергентной форме получаем из уравнения баланса для момента импульса на элементарном объеме на среднем радиусе гср в цилиндрических координатах (гхи)х г = Ф

Из закона сохранения момента импульса, согласно которому изменение объема момента импульса элемента в единицу времени равно моменту приложенных сил, следует

Л* Аг гср &<р V г)=т^ г^ Дг &<р-т2^ гсгр Аг А<р+т,г„ г2 Д<р Ах--тЛг9 Дч> Ах (г + Дг)2, гдй; г, - касательное напряжение на грани элементарного объема с абсциссой х, г2 - касательное напряжение на грани элементарного объема с абсциссой х+Дх, г,^ - касательное напряжение на криволинейной грани радиуса г элементарного объема, касательное напряжение на криволинейной грани радиуса г+Аг элементарного объема

Для установившегося движения элементарного объема единичной массы К" гс ф), -(" гч. Ф)2] Д^ Др + К* т Ф)3 -(V г Ф)4] Дх Дф =

= г1р Дг А(р-тг1ар г1 Дг Д¥> + г3,„ г1 А(р Дх - т4г9, Д<р Ах (г + Аг)1

Разделив последнее уравнение на элементарный объем, и переходя к пределу при

—(г и Ф)+— (г V Ф)= — дх дг дх

Из связи проекций скорости с функцией тока в цилиндрических координатах следует

154' 1 34" д íw) (1 дФ 2 Ф) Эи> и дФ

г Атг" Ь * "} =7 аг

Перейдем к безразмерным координатам, выбрав в качестве масштабов скорость и потока в плане циклона и радиус сепарационной камеры циклона Я

и ' = — ,У = — .УС =—,х =—,г

С и и Я Д Далее для удобства штрихи опущены

стремлении объема к нулю, получим—(г и ф)+—(/• v Ф) = т,9)

J_ Re

а2Ф д( дФ „

г—- +— г--2Ф

дх дг{ дг

д(.&¥\ df.cW} п в pUR

— Ф— +— Ф— =0, где Re = --

дх\ дг) дг\ дх J ¡л

Дивергентная форма уравнения Ламба-Громеки для завихренности в случае несжимаемой жидкости в векторной форме выглядит -ихй> = -у[ — и +Р (vхю),

V2 J Re

где V = г— + j— + i— - оператор Гамильтона

дх дг д<р

Применим к обеим частям уравнения оператор rot и учитывая, что rot grad ^Р + i и j = 0, получим rot{u х ©)= rot rot а

Для окружной составляющей со^ угловой скорости это уравнение имеет вид

\1Ц

г дг

д ( \ д( \ 1 д ( 2\ 1 ¡д2а а Г1 di \ -(« + - --I, „,)

где компонента еоф характеризует вращение частиц жидкости относительно оси, имеющей форму окружности (кольцевой вихрь)

1 11е

Вводя функции ЧР, Ф, О = — со , после умножения на — получим г г

Э2П \в_ ах2 гдг

Дивергентную форму уравнения для Ч* получим, исходя из определения вихря

Ш и = ней = — -— и ее связи с проекциями скорости, дх дг

г п=-АГ1 Г1

дх\г дх ) дг^г дг Умножив последнее уравнение на (-г), получаем

а (3)

дх дг\г дг )

Зададим для уравнений (1)-(3) граничные условия На оси симметрии — - о, сле-

дх

довательно, "У = 0, Ф = 0, = = г п = о На неподвижной стенке в силу ее

2{дх дг) * дЧ> дУ

непроницаемости — = 0,— = 0, Т = 1, тк в качестве характерной принята средняя дг дх

скорость в плане циклона Ф = Л0, где параметр закрутки, который определяет значения окружной компоненты скорости на входе в сепарационную камеру циклона после осевого направляющего аппарата. На участке ЕР Ф = Ло,, 1^,1 - параметр раскрутки потока

Запишем условия периодичности на сечениях АВ и СО для функции 1И

Ч?(хл,г,ф) = у¥(_хв,г,ф), ^ - дЧ,(Хо,г,<р) дналогично выглядят условия перио-

ст: дх

личности для функций Ф и О. На стенках циклона граничные условия для функции П можно не определять, так как ее можно выразить через функцию Ч* Поэтому систему из трех уравнений (1)-(3) можно свести к системе из двух уравнений

Для численного решения задачи введем вспомогательные сечения А'В', СЪ', параллельные АВ и С!) соответственно (рис 1) Тогда условия периодичности для функции ¥ запишутся Х¥(хл ,г,<р) = , г, ф), Х^(хл ,г,<р) = ^{хв , г, <р) Аналогично выглядят условия периодичности для функций Ф и £2

В меридиональной плоскости введем равномерную сетку с узлами «>,,={*Ах = ] 1,г,=1 Аг = г к, I = 0,М + 1, у = 0, Л7 +1, /г = \Цм +1)} Обозначив левые части уравнений (2), (1), (3) соответственно через АС1,ВФ,С¥и аппроксимируя на этой сетке уравнения со вторым порядком точности относительно Дх и Аг, получим следующие разностные уравнения

= (ф2Ь В„Ф = 0, С„К¥ = -г2 П, где (ф 2 ); = (Ф ? - Ф? )/2Д* г

Расписав операторы Вк Ф, , получим

А„с1 = \п1„,-^га, (/+1))\пм,—гг—пп + п\.о , +

I2 I2 12 /г(г +1/2) ■' Щ2 -1/4) " /г(г -1/2>

4 Ш I Р

- а,,, (V, - -ф,2 Л

5ф=1ф _1ф +1Ф +('-У2) Ф +(1±ЖФ +

"ь4? ,2 Ч'ч-Л 1,2 ^ч-М г-г47'^ 1,2

+ -^-4' -|__1 ш ,__1 ш__??_ш __

/2 М+1 /2 " /2 Иг(1 + У2) к2 (г-1/2) "" й2(1г-1/4) м Граничные условия будем задавать в соответствии с поставленной задачей

Ф0, =0,ФМ+П = Л01, еслиЪ<}<1\

Граничные условия для П задаем не на стенке циклона, а отступив от нее на один шаг сетки, учитывая условие прилипания =1,

Г 2М _ 2 [1м2 -1/4)й" + й2М2/2

1

__^___^___

ЩМ + 1/2)й4 А/(М-1/2)й4

й2М2/2 40"1''

Разложим функцию Ч7 по формуле Тейлора в окрестности точки (М+1

Умножив первое разложение на 4 и вычтя из него второе, получим

и учитывая условие [ — | =0, окончательно имеем 1¥м 1 = 0,25(з1Рм+1; + Ч^,;) (4) V дг ,

Уравнение (3) для функции Ч* решается на полной сетке при условии Ч^ у = 1 на

стенке циклона, после чего на каждой итерации вводится поправка для функции 4х по формуле (4), а затем вычисляется граничное условие для £2

Было получено достаточное условие устойчивости используемых разностных схем из физических соображений, заключающихся в том, что величина осевой компоненты скорости намного превышает радиальную

Для решения поставленной задачи по схеме продольно-поперечной прогонки была разработана программа на алгоритмическом языке Турбо Паскаль, листинг которой приведен в приложении к диссертации По результатам работы программы рассчитаны профили осевой и окружной компонент скорости, представленные на рис 2, на котором

з'ч' д (1 ачк^

параметр к = г — - - — дх дг\г дг ,

!) В Е

Я 2Л 3°4К 4К. х О" Я 2К

Рис. 2 Профили а) осевой скорости, б) окружной скорости при К'- !, Ке 6. [{=--0,1 м

Из анализа профиля осевой компоненты скорости следует, что вблизи стенки существует возвратное течение, которое способствует вторичному уносу отсепарированных частиц Осевая компонента скорости возвратного течения возрастает при удалении от входного сечения Поведение линий тока также свидетельствует о наличии вихревых зон вблизи стенок циклона Полученные результаты согласуются с выводами других авторов

Полученные профили скоростей позволили усовершенствовать конструкцию рассматриваемого циклона промежуточный и основой отборы были объединены общим пылевым бункером, выполнен скос стенок участка промежуточного отбора для уменьшения возвратных течений

В третьей главе рассмотрено одномерное движение частицы пыли массой т со скоростью V в равномерном потоке газа, движущегося со скоростью в плане циклона IV, описываемое уравнением

иу _ 1 а = а

Л т жрадг' где Ра — сила аэродинамического сопротивления, 6, ръ

правило.

ность частицы пыли Как

эквивалентный диаметр и плот-число Рейнольдса для частицы невелико

Шр

«100 (где плотность и динамическая вязкость газа), поэтому можно

воспользоваться законом Стокса

=3^3 к6(Ш-V), где кц - коэффициент формы частицы После подстановки (6) в (5) получим ¿У

Л Рё82

'-{ИГ-У)

Перейдем к безразмерным координатам, введя обозначения

(б)

(7)

(В)

Под характерным промежутком времени Т будем понимать отношение характерного размера £0 (расстояние от выходных кромок лопаточного закручивателя до промежуточного отбора (ПО) пыли) Т = — ,£„= 2,3.0 -оптимальное расположение ПО Тогда

ОУ <й

= /»(1 -П

ре6*1Г 6 Ре Яе,

. 2,3^

(9) (Ю)

После интегрирования (9) получим

rß<

(11)

где V0 - безразмерная начальная скорость частицы

На рис 3 представлена зависимость параметра ß от числа Res, рассчитанная по формуле (10) Как видно, при одновременном увеличении диаметра циклона и уменьшении плотности пыли ß возрастает При малых числах Res значение ß велико Это означает, что безразмерная скорость частицы очень быстро стремится к единице, т е независимо от начальных условий скорость частицы V становится близкой к скорости потока W Следовательно, окружную и осевую проекции скорости малых частиц можно принять равными соответствующим проекциям скорости газа. Тогда определеник» подлежит только радиальная скорость частиц, обусловленная центробежной силой

Анализ закрученного адиабатического газопылевого течения в прямоточном циклоне будем проводить при следующих допущениях

1 Окружная проекция скорости газа изменяется по закону W9 = const л/г Этот

закон, наблюдаемый в экспериментах другими исследователями, позволяет получить простые решения, удобные для количественного анализа движения частиц

2 Частица не меняет во времени свою форму и диаметр, не происходит ни ее дробления, ни коагуляции

3 Обтекание частицы потоком газа носит вязкий характер Турбулентные пульсации газа не учитываются, так как они не оказывают заметного влияния на процесс пылеулавливания

4 Не учитываются силы Жуковского, Архимеда, Кориолиса, тяжести, присоединенной массы, поскольку указанные силы на несколько порядков меньше по сравнению с силами аэродинамического сопротивления и центробежной

5 Пренебрегаем неравномерным распределением осевой проекции скорости газа по радиусу, так как она слабо изменяется по радиусу трубы Тогда ß можно считать постоянным

При принятых допущениях дифференциальное уравнение движения частицы в цилиндрических безразмерных координатах примет вид

Рис, 3. Зависимость параметра ß от числа Res 1 -D=0,12 м ps=2631 кг/м3, 2 -Д=0,30 м, ft,™ Ю08 кг/м

аь-й-Аг,.

dt г

где Vt = Wti

— V - t

W, т

vr ■■

w,'

iL w.

Л

w.

r

X

18kg/igL0 Ps

(12) (13)

Уравнение (12) имеет аналитическое решение

Г 1 -2 \

Vr = е~

Vrv + 'le-f'^-dt

о

где V,o - радиальная проекция скорости частицы в начальный момент времени t - 0.

Принятый закон изменения окружной скорости обеспечивает независимость отно-

п

тения от времени t Тогда после интегрирования

И-')

V, :

a"/»

Г

Расстояние, пройденное частицей в радиальном направлении, определяется t

r-r„=\v,dt,

(14)

(15)

где гй-Начальный радиус входа частицы в сепарацию нную камеру Дй клона. Величина может изменяться от радиуса г, Центральной внугрснией вставки до радиуса г-, сел ара-тин ной камеры.

После подстановки го = . формул (И) для перехода к безразмерным переменным в выражение (15) получим в результате интегрирования

г0, Мм 45 50 55 60

Г = Го н--

р

г—г л

V Л-s

где A(0,i) = t+—^"-l).

(16)

На выходе из лопаточного завихрителя проекции скорости потока И'г0 и частицы Уг0 пренебрежимо малы:

IV го = V - 0. Тогда

- - I

г — го + —-

(3

ш

A{fi, О-

(17)

Рис. 4. Траектории диижеяия ч ютнц диаметром S с рнтдиусом ¿хода га

На рис. 4 изображены траектории частиц различного диаметра при разных радиусах входа го частиц в сепара-циошгую камеру (с размерами Г)=0,04 5 м и ^=0,060 м). рассчитанные для завихрителя с углом у выхода потока на

среднем радиусе — = 01902 к плоскости, перпен-

2Ь0

дикулярной оси аппарата, равным 35°. Из треугольника

_ у

скоростей нетрудно определить -- —=с(й35°= 1,428;

—Л

¿£ = 10,721, Пыль - КС1 с £¿=1,5,4, р, = 263 Укг/м\

Гер

№=9 м/с, О = 0,12 м, ¿0 = 0,276 м.

Предполагая, что частица, достигнув стенки циклона, скользит по пей н отводится в изолированные бункера, построим зависимости минимального диаметра частиц, улавливаемых окнами промежуточного отбора (кривая 1, рис. 5), и циклона в целом (кривая 2) для рал-

личных радиусов г о входа частицы в циклон Теоретически, все частицы, имеющие размер больше Зтт, должны осаждаться в циклоне, а размером 8 <5тт- выноситься из него

Эти кривые аппроксимированы кубическими полиномами с коэффициентом детерминации 99,96 %

51ш ('•") =140 - 2178го + 12135Г02 - 23 25ОГ03, (18)

3*ш(го) = 109- 1702п> + 9388г0 - 17741го3

(19)

Предположим равномерное распределение пыли по входному сечению циклона Интегральную функцию £>(£) распределения частиц по массе аппроксимируем формулой Розина - Рамлера -Беннета

Щ8)=1-е

(¿а,)"

(20)

Рис 5 Минимальный диаметр улавливаемой пыли 1) про- 0 межуточным 2) основным отборами

определяются по формулам

где 8е — диаметр, при котором масса частиц крупнее 8е составляет 36,8%, а мельче -63,2% Для рассматриваемой пыли

Эффективности сепарации промежуточного отбора т}\ и циклона в целом

«,1

Пт

„г Пт -

= '}*4(го

А^г ~Г1 уГу ~П

200

[г22-п)

-=л}г°е

(22)

где (го) и 3^тл(га) рассчитываются по формулам (18) и (19) соответственно, ¿>=0,66 - вероятность попадания пыли в промежуточный отбор, равная отношению суммарной площади окон к площади боковой поверхности цилиндра с высотой, равной высоте окон промежуточного отбора Получены следующие значения эффективности сепарации г)\. =65,35 % и ^ =99,01 %, которые завышены по сравнению с экспериментальными г/1 =60-62 % и т?,2 =97%

На Новомальтинском заводе строительных материалов (Иркутская обл ) в минера-ловатном производстве для очистки колошниковых газов предложено использовать прямоточный циклон (рис 6) с промежуточным отбором пыли (конструкция защищена патентом РФ №61156) Диаметр циклона О=0,258 м Температура газа на входе в циклон составила 90-97 °С, на выходе - 70 °С Медианный диаметр по массе дт (масс-медианный) исходной пыли на входе в циклон составил 70 мкм, уносимой пыли - 2 мкм Диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50 %, равен с150 — 14 мкм Насыпная плотность пыли - 1008 кг/м3 При среднерасходной скорости йР=5-6 м/с достигается наибольшая эффективность пылеулавливания »7=86-87 % При отсосе газа из бункера в размере 4-5 % от общего расхода через отверстия в стенке патрубка очищенного газа эффективность очистки повышается на 7 - 8 % Повышение эффективности сепарации циклона объясняется уменьшением турбулентности в зонах отбора пыли

Таблица 1

Расчет эффективности по методике НИИОГАЗ_

Параметры По опытным данным ) По модели (22)

3=о/от 0,258/0,12 = 2,15

Р^Рет1 Ре 1950/1008 = 1,935

1,794 10"5/1,89 10"5 = 0,949

9/5 = 1,8

< =4о„ -{Брик 3,02 V2,15 1,935 0,949 1,8=8,05 2,34 л/2,15 1,935 0,949 1,8 =6,23

т. «¿„/4») 1§(70/8,05) ,пп 18(70/6,23)

-у/О,4972 + 0,3082 д/0,4972 + 0,022

Ф „(*),% 99,64 98,25

87 (с эжекцией газа 93-94)

Ошибка, % (99,64—87)/87 = 14,53 | (98,25-87)/87 = 12,93

Рис 6 Схема прямоточного циклона с эжектирова-нием газа из бункера

Оценена эффективность испытанного прямоточного циклона при очистке колошниковых газов со1ласно методике НИИОГАЗ (табл 1) Экспериментальные параметры фракционной эффективности (¿¡От=3,02 и =0,308) рассчитаны по опытным данным на разных пылях по методу Самсонова Модельные параметры фракционной эффективности (3^=2,34 мкм, ^ст,=0,02) получены при использовании формулы (22) Анализ результатов показывает, что близость оценок эффективности по опытным и модельным данным свидетельствует об адекватности модельных представлений С другой стороны, обе оценки имеют приемлемую, но достаточно большую погрешность (более 12 %, причем по предлагаемой модели ошибка меньше) При эжекции части газа из бункерного пространства точность модели становится хорошей (ошибка уменьшилась до 0,045-0,056 %)

Рассмотрена скачкообразная модель движения невра-щающихся частиц разного размера, входящих в сепарационную камеру циклона на радиусе центральной входной вставки г0, при различных значениях коэффициента восстановления нормального импульса кс Выявлено, что частица диаметром 5=15 мкм совершает скачки небольшой высоты вблизи входного сечения после завихрителя и быстро останавливается Однако крупные частицы диаметром 40 мкм и более удаляются от стенки после рикошета на расстояние, соизмеримое с шириной кольцевого канала Амплитуда их скачков уменьшается медленно при повторных отражениях Амплитуда скачков частиц размером более 100 мкм практически является незатухающей по длине сепарадионной камеры циклона За счет такого движения частицы крупных размеров могут проскакивать мимо участков отбора пыли, что объясняет их появление в уносимой пыли

За счет шероховатости стенок циклона при ударе частица начинает вращаться, что приводит к появлению подъемной силы Жуковского, отрывающей частицу от стенки (эффект Магнуса) На рис 7 представлена зависимость максимального диаметра 8Х частиц, отрывающихся под действием эффекта Магнуса, от угла установки лопаток закручивателя у При увеличении у диаметр отрывающихся частиц возрастает Поэтому для снижения влияния эффекта Магнуса следует выбирать малые величины у Увеличение диаметра циклона приводит к возрастанию величины 6Ж, что может объяснять наблюдаемое в экспериментах падение эффективности сепарации циклонов

В четвертой главе исследована

Зж -3 / возможность использования двух

фракционных методов, предложенных Шиляевым М И, для прогнозирования эффективности группового прямоточного циклона Первый метод Шиляева характеризуется многостадийностью и трудоемкостью расчетов Второй метод основан на аппроксимации фракционной эффективности циклонов экспоненциальной зависимостью от числа Стокса. Результаты расчета фракционной очистки по обоим методам (рис 8) сопоставлены с результатами промышленного испытания группового прямоточного циклона Как видно, наибольшая погрешность определения фракционной эффективности группового циклона для первого метода Шиляева 25% Полная расчетная эффективность группового прямоточного циклона составила 83,51% (в эксперименте - 94%) Второй метод Шиляева является более точным (погрешность составляет около 10%)

Был выполнен расчет эффективности прямоточных и противоточных циклонов с использованием вероятностно - энергетического метода Вальдберга-Кирсановой Относительная ошибка определения диаметра частиц пыли с^о, улавливаемых с эффективностью 50%, превышает 10% и достигает 68% по сравнению с опытными данными

Типовая методика НИИОГАЗ ориентирована на расчет эффективности унифицированных противоточных циклонов и прямоточного циклона ЦКТИ Для расчета эффективности требуется знание параметров функции фракционной степени очистки циклона (¿50 и ач)

Нами усовершенствован известный эмпирический метод пересчета эффективности очистки при одинаковых в среднем скоростях потоков с базового циклона (индекс 0) на геометрически подобный расчетный (р) циклон по уравнению

г = = (23)

В основу этого метода положено допущение о независимом влиянии параметров Д би, г на величину относительного проскока пыли е Метод является унирерсальным, то

т

-I—I—I—I—I—(—

25 30 35 40 ту

Рис. 7 Зависимость максимального диаметра частил, отрывающихся под действием эффекта Магнуса, от угла 7 1 - 0=0,12 м, 05=2631 кг/м3,

2 - 0=0,30 м, />5=2631 кг/м1,

3 - 0=0,30 м, рг= 1008 кг/м1

Дисперсные составы исходной (1) я уносимой (2) пыли по проходу, фракционная эффективность 3 - экспериментальная, 4 - по первому методу Шиляева, 5 -по второму методу Шиляева

есть применимым для всех типов циклонов прямоточных, противоточных и со встречными закрученными потоками Однако предложенный метод не рассматривает влияние средней скорости потока IV, что можно учесть при рассмотрении аппаратов одного класса Кроме того, в этом случае погрешности в определении коэффициентов уноса К, будут существенно уменьшены

При статистическом анализе экспериментальных данных по прямоточным циклонам установлено, что данные различных исследователей, учитывающие влияние каждого фактора в отдельности, практически ложатся на одну кривую, если их представлять в виде относительных зависимостей, названных коэффициентами уноса Ко, Кь, Кг, К>у (рис. 9-12) Это позволяет считать найденный характер влияния факторов Д 8т, г, Ш на относительный унос пыли £ универсальным, т е применимым для расчета эффективности пылеулавливания прямоточных (одиночных, групповых и батарейных) циклонов, геометрически подобных исследованным пылеуловителям

Получены регрессионные формулы (24)-(27) для расчета коэффициентов Кв, Кь, К2, Кцг Статистические коэффициенты значимости полученных регрессий (объем выборки п, коэффициенты детерминации И2 и корреляции критерий Дарбина-Уотсона П\¥, среднеквадратическое отклонение а, средняя абсолютная ошибка Д) приведены в табл 2 Коэффициент Ко (рис 9) учитывает влияние диаметра аппарата

К в - = 0,6726 + 2,758 ДО = 0,046 - 0,600 м, (24)

где Уж - эффективность сепарации циклона с параметрами Д, д0, го, Ш0, Цо - эффективность геометрически подобного циклона с параметрами Д о0, г0, Ш0 Из рис 9 видно, что с увеличением диаметра циклона относительный проскок существенно возрастает Коэффициент К6 (рис 10) учитывает влияние масс-медианного диаметра пыли 5,„

К, = = -0,08018 + Зт =11-80 мкм, (25)

' 1-7* «Ч. ' "

где Що - эффективность циклона с параметрами Д0, 60, г0, Ш0, Щ — эффективность геометрически подобного циклона с параметрами Д, 6, г0, 1У0 Как и следовало ожидать, при увеличении медианного диаметра пыли относительный проскок пыли уменьшается Коэффициент Кг (рис 11) учитывает влияние запыленности входного потока

К2 = —= 0,202 + 0,1933 г~0566,г = 0,005 - 0,300 кг/м!, (26)

где ^»-эффективность циклона с параметрами £>0, ¡¥0, Т]2- эффективность геометрически подобного циклона с параметрами А>, &о, г, IV 0

Коэффициент К]у (рис 12) учитьшает влияние среднерасходной скорости потока Ш

= ——^- = 1,7432 - 0,1071 Г, Г = 3-17 м/с, (27)

где эффективность циклона с параметрами Дбв, гв, т)(с- эффективность геометрически подобного циклона с параметрами й0, 50, г0, № Из рис 12 видно, что с увеличением Ш относительный проскок пыли уменьшается, что объясняется увеличением центробежной силы

7

1,5

0,5 О

О 0,! 0 2 0,3 04 Ц м Рис. 9 Зависимость коэффициента уноса К0 от диаметра

К 1,2

0,8 Об 0,4

О 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 2, кг/ч/ Рве 11 Зависимость коэффициента уноса Кг от запыленности потока 2

К, 0,8

0,6 0,4 02 0

10 20 30 40 50 60 &т,мхм Рис.10 Зависимость коэффициента уноса Кь от медианного диаметра Ьт

Км 1,6

1 2 0,8 0,4 0

0 5 10 15 Я,м/с

Рис 12 Зависимость коэффициента уноса А» от скорости в плане циклона >'/

Таблица 2

Статистическая значимость регрессионных моделей

Номер формулы п /г',% Я ИШ а Л

(24) 8 86,93 0,9324 1,93 0,1285 0,0848

(25) 10 94,36 0,9714 1,71 0,0698 0,2339

(26) 16 83,99 0,9165 1,71 0,0990 0,1920

(27) 35 86,59 0,9305 1,56 0,1440 0,1165

(29) 35 95,21 0,9758 2,25 0,0201 0,0000

(30) 19 61,54 0,7845 1,58 0,0975 0,0268

^Орасч

*

циклона Р

\ 4 Кгзксп

Т*

у ♦ *

« » ♦

Кбрасч

Л

1

* К\Уакеп ™ Кфрасч

« V* V #

* « Ц* «

•V

Зависимости (24)-(27) позволяют найти эффективность проектируемого циклона т)р для заданных условий работы, характеризующихся величинами Д 5, z, W, по известной эффективности пылеулавливания r¡a геометрически подобного циклона при параметрах Д. á„, za, Wa Другими словами, предлагается метод пересчета сепарационных характеристик геометрически подобных циклонов при масштабировании геометрических и технологических параметров по формуле

(28)

= 1-

К о, ^Я',

где коэффициенты уноса Ка и КВа, К6 и К-аа, Кг и К^, К№ и К№а рассчитываются по уравнениям регрессии (24)-(27), либо определяются по графикам (рис 9-12)

По предлагаемому методу была рассчитана эффективность сепарации г)р 35 прямоточных циклонов Ее сопоставление с экспериментальными значениями т]а представлено на рис 13 В табл 2 приведена статистическая значимость гипотезы ца=цг (29)

На рис 14 приведено сопоставление ца с расчетной эффективностью т/рН, полученной по методике НИИОГАЗ (объем выборки 19 прямоточных циклонов) В табл 2 приведена статистическая значимость гипотезы ца = т]рИ (30) Сравнительный анализ рис 13 и 14 показывает, что расчет по предлагаемому методу является более точным по сравнению с методикой НИИОГАЗ в указанных пределах применимости Погрешности гипотез (29) и (30) определялись величиной средней отно-

сительной ошибки s

он

1,6% и 6,54%

Ilk-OK

100,%, которая составила соответственно

ч»

0,9 0,8

05

у

О о

/

/

/

У

Урн 0,9

06

05

0,41

0,4 0 5 0,6 0,7 0,8 0 9

0,4 0 5 0,6 0,7 0,8 0,9 % Рис. 13 Корреляция эффективности щн рассчитанной Рис. 14 Корреляция эффективности г]рН, рассчитанной по предлагаемому методу, и экспериментальной т]а по методике НИИОГАЗ, и экспериментальной

Значительное повышение точности предлагаемого метода по сравнению с методикой НИИОГАЗ обусловлено рассмотрением аппаратов одного класса, отказом от использования логарифмически-нормального распределения дисперсного состава пыли, которому не. удовлетворяют многие промышленные пыли из-за разных механизмов их образования, репрезентативным объемом выборки экспериментальных данных при определении регрессионных зависимостей, учетом наиболее значимых параметров, влияющих на эффективность пылеулавливания прямоточных циклонов

При проверке адекватности полученных математических моделей для коэффициентов уноса выбирались данные, не использованные ранее при идентификации регрессионных уравнений Из формулы (28) следует, что влияние погрешностей определения коэффициентов уноса на точность расчета эффективности сепарации несущественно, так как эти коэффициенты, входящие в расчет в виде отношений, являются функциями уно-

са (1 - 11а) - малой величины по сравнению с эффективностью сепарации 7)а Это подтверждается статистическим анализом сопоставления опытных и расчетных значений эффективностей сепарации и свидетельствует об устойчивости оценок

Достоинства предлагаемого метода простота расчетов, возможность расчета эффективности пылеулавливания проектируемого циклона при отсутствии сведений о его фракционной эффективности и о характере распределения окружной скорости газа, хорошая точность прогнозного значения

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1 Разработана математическая модель движения закрученного осесимметрично-го течения вязкой несжимаемой жидкости с изменяющейся круткой в переменных «функция тока - вихрь» в циклоне, которая позволила получить профили осевой и окружной компонент скорости и линии равного уровня функции тока Установлено наличие обратных течений и вихревых образований в пристенной зоне в области промежуточного отбора.

2 Разработана математическая модель движения частиц пыли в прямоточном циклоне с промежуточным отбором под действием центробежной силы и аэродинамического сопротивления газового потока Определены траектории движения частиц пыли разного диаметра при различных точках входа в циклон Получены формулы для расчета минимального диаметра частиц, улавливаемых промежуточным и основным отборами пыли Рассчитаны теоретические эффективности сепарации промежуточного отбора и циклона в целом, которые сопоставлены с экспериментальными значениями Произведена оценка параметров фракционной эффективности циклона согласно методике НИИОГАЗ

3 Выполнен расчет траекторий движения частиц разного размера по скачкообразной модели при различных значениях коэффициента восстановления нормального импульса после удара частицы о стенку циклона Рассчитан диаметр вращающихся частиц, которые будут отрываться от стенки под действием силы Жуковского

4 Для прямоточных циклонов статистически установлена однозначность и независимость влияния на относительный унос пыли следующих факторов скорости газа, диаметра аппарата, масс-медианного диаметра частиц, концентрации пыли на входе в циклон Это положено в основу нового метода расчета эффективности сепарации геометрически подобных прямоточных циклонных пылеуловителей Сопоставление экспериментальных данных с расчетами по предложенному методу и методике НИИОГАЗ показало, что новый метод является более точным (±1,60%) по сравнению с методикой НИИОГАЗ (±6,54%) в указанных пределах применимости

5 Показана низкая пригодность вероятностно-энергетического метода Вальдбер-га-Кирсановой для группы прямоточных и противоточных циклонов

6 Проведено сопоставление расчетов по фракционным методам Шиляева М И с экспериментальными фракционной и полной эффективностями пылеулавливания группового циклона, конструкция циклонных элементов которого защищена патентом РФ

7 Результаты проведенных исследований и разработанный эмпирический метод расчета эффективности сепарации прямоточных циклонов использованы на производственном объединении «Экопромсфера», в учебных процессах Ангарской государственной технической академии и Восточно-Сибирского государственного технологического университета (г Улан-Удэ)

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ•

1 Асламова В С , Асламов А А, Мусева Т Н Характер движения частиц пыли в прямоточном циклоне с промежуточным отбором пыли // Известия Томского политех-

ническогоуниверситета -2007 -Т 310 -№ 1 -С 166-171

2 Асламова В С, Асламов А А , Мусева Т Н и др Прямоточный циклон для ми-нераловатного производства // Экология и промышленность России - 2007 - Кй 6 - С

3 Асламова В С , Асламов А А , Мусева Т Н, Жабей А А Универсальный метод расчета эффективности пылеулавливания циклонов // Химическое и нефтегазовое машиностроение — 2007 - № 8 - 6 С

4 Патент 1Ш 61156 Ш, МПК В04С 3/06 Прямоточный циклон /Асламова В С, Асламов А А , Мусева Т Н и др - 20007 - Бюл № 6

5 Асламова В С , Асламов А А , Мусева Т Н , Жабей А А Программный комплекс «ЦИКЛОН» // Материалы всероссийской конференции с международным участием «Актуальные вопросы защиты окружающей среды регионов России» - Улан-Удэ Изд-во ВСГТУ, 2006.-С 82-84

6 Асламова В С, Асламов А А, Мусева Т Н , Брагин Н А Моделирование процесса сепарации пыли в прямоточном циклоне в пакете РШ\УУ18ЮН 2003 // Материалы всероссийской конференции с международным участием «Актуальные вопросы защиты окружающей среды регионов России» - Улан-Удэ Изд-во ВСГТУ, 2006 — С 84-

7 Мусева Т Н, Асламова В С, Асламов А А Математическая модель движения газа в прямоточном циклоне//Сб науч тр — Т 1—Ангарск ATTA —2006 — С 169-172

8. Мусева Т Н, Асламова В С, Асламов А А Математическое моделирование движения газа в прямоточном циклоне // Материалы международной конференции «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий» Т 1 -Томск Изд-во ТПУ, 2006 - С 395-396

9 Асламова В С , Асламов А А, Мусева Т Н и др Метод оценки эффективности сепарации прямоточных циклонов // Материалы 20-й международной конференции «Математические методы в технике и технологии» Сб трудов - Т 3 - Ярославль Изд-во ЯГТУ, 2007 - С 208-212

10 Асламова В С , Асламов А А, Мусева Т Н, Жабей А А Автоматизированная система расчета эффективности циклонных пылеуловителей // Сб науч тр - Т 1 - Ангарск ATTA -2007.-С 22-27.

11 Мусева Т Н, Асламова В С , Асламов А А Уравнения Навье-Стокса Подходы к решению (обзор) // Сб науч тр - Т 1 - Ангарск АГТА - 2007 - С 45-48

12 Асламова В С , Асламов А А, Мусева Т Н Расчет закрученного осесимметрич-ного течения вязкой жидкости методом трехточечной прогонки с использованием дробных шагов // Материалы всероссийской конференции «Актуальные вопросы защиты окружающей среды регионов России» -Улан-Удэ Изд-во ВСГТУ, 2007 -С 60-63

13 Асламова В С , Асламов А А, Мусева Т Н Сопоставление методов расчета эффективности пылеулавливания // Материалы научно-практической конф «Безопасность регионов - безопасность России» - Иркутск Изд-во ИрГУПС, 2007 - 4 с (в печати)

26-27

86

Соискатель

Мусева ТН

Подписано в печать 18 09 07 Формат 60x84/16 Печать офсетная Уел печ л 1,3 Уч печ ч 1,3 Тираж 110 экз Заказ 1008

Ангарская государственная техническая академия 665835, Ангарск , ул Чайковского, 60

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ.

1.1. Уравнения Навье - Стокса. Подходы к решению.

1.2. Сеточные методы решения уравнений в частных производных в гидрогазодинамике.

1.2.1. Разностные схемы.

1.2.2. Метод Харлоу.

I* 1.2.2. Метод "крупных" частиц и FLIC-метод.

1.2.3. Комбинированный метод частиц.

1.3. Методы расчета сепарации частиц.

1.3.1. Классификация методов.

1.3.2. Математическая модель сплошной фазы и силы, действующие на частицу в двухфазном потоке.

1.3.3. Условия выполнимости закона Стокса.

1.3.4. Виды граничных условий для двухфазных потоков.

1.4. Модели оценки эффективности сепарации при турбулентном р движении частиц.

1.4.1. Оценка эффективности сепарации частиц аэрозоля в криволинейном канале при турбулентном течении.

1.4.2. Физико-математические модели процесса сепарации частиц пыли в прямоточных циклонах.

1.4.3. Новая теория Шиляева М.И. процесса пылеулавливания в ПЦ.60 Выводы и основные результаты по главе 1.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ЗАКРУЧЕННОГО ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ ДРОБНЫХ ШАГОВ.

2.1. Постановка дифференциальной краевой задачи осесимметричного ламинарного закрученного течения в цилиндрическом прямоточном циклоне.

2.2. Постановка разностной краевой задачи.

2.3. Сходимость разностных схем.

2.4. Решение разностной краевой задачи.

2.5. Обсуждение результатов решения разностной краевой задачи.

Выводы и основные результаты по главе 2.

ГЛАВА 3. ХАРАКТЕР ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ ПЫЛИ В ПРЯМОТОЧНОМ ЦИКЛОНЕ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОТБОРОМ ПЫЛИ.

3.1. Движение частиц пыли в прямоточном циклоне с промежуточным отбором пыли.

3.2. Скачкообразная модель движения частиц пыли.

3.3. Влияние эффекта Магнуса на эффективность пылеулавливания прямоточного циклона.

Выводы и основные результаты по главе 3.

ГЛАВА 4. СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ ЦИКЛОНОВ.

4.1. Сопоставление методов расчета фракционной эффективности по Шиляеву М.И. с экспериментом.

4.2. Сравнение с вероятностно-энергетическим методом.

4.3. Эмпирический метод расчета эффективности очистки прямоточных циклонов при масштабном переходе.

Выводы и основные результаты по главе 4.

Проблема защиты окружающей среды от выбросов загрязненного газа чрезвычайно актуальна. По данным ООН, ежегодно в атмосферу выбрасывается 2,5 млн. т пыли. По мнению американских экологов [1], количество пыли, образующейся в промышленности, будет увеличиваться ежегодно на 4% за счет общего роста промышленного производства. По словам министра природных ресурсов РФ Ю.П. Трутнева [2], эксплуатируемые запасы нефти у нас иссякнут в 2015 г. На третьем Всероссийском форуме «ТЭК России в XXI веке» (Москва, Кремль, 21-25 марта 2005 г.) прозвучали следующие прогнозы: «Скорее всего, нефтяное блаженство нашей страны к 2015 г. закончится. С газом то же самое произойдет к 2025 г. С 2030 по 2040 первенство займут уголь и атомная энергетика» [2]. Запасов каменного угля, по данным различных источников, должно хватить на 400 лет. Такие изменения в топливно-энергетическом балансе в мире и в России будут сопровождаться загрязнением атмосферы токсичными выбросами и твердыми частицами, образующимися при сжигании органического топлива [3], что потребует совершенствования используемого пылеочистного оборудования. В соответствии с экологической доктриной Российской Федерации, одобренной правительством РФ в 2002 г., для обеспечения экологической безопасности страны необходимо соблюдение ряда основных принципов, в первую очередь предотвращение негативных экологических последствий в результате хозяйственной деятельности [4]. В связи с этим очевидна актуальность работ, направленных на исследование и повышение эффективности процесса очистки отходящих газов от пыли (особенно мелкодисперсной) во всех технологических процессах, при которых происходит пылевыделение.

Для пылеулавливания применяют большое число аппаратов, отличающихся друг от друга как по конструкции, так и по способу осаждения взвешенных частиц. Наибольшее распространение среди различных видов пылеуловителей получили механические сухие пылеулавливающие аппараты, среди них одиночные, групповые и батарейные циклоны, вихревые пылеуловители, как отличающиеся простотой изготовления и эксплуатации. Применение их обусловлено также возможностью очистки газов с большой начальной запыленностью и выделением пыли в сухом виде [5]. Высокоэффективное разделение двухфазных систем может быть достигнуто в прямоточных циклонах, основными преимуществами которых являются: возможность эффективного разделения в широком диапазоне варьирования расхода газа и концентрации пыли при сравнительно небольшом гидравлическом сопротивлении, надежность и простота конструктивного оформления. При примерно равных затратах энергии и производительности прямоточные циклоны превосходят противоточные по эффективности разделения, особенно для частиц с размерами менее 5-10 мкм. Поэтому для очистки отходящих газов в промышленности часто используются прямоточные циклоны (особенно в качестве первой ступени очистки).

Для конструирования новых и эффективного использования известных вихревых аппаратов необходимо совершенствовать методы расчета двухфазных закрученных потоков, которые нашли широкое применение в технических устройствах для интенсификации массообменных и сепарационных процессов (сушка дисперсных материалов, обеспыливание воздуха, энергоразделение в трубках Ранка и т. д.).

Наиболее существенными характеристиками циклонных пылеуловителей являются эффективность сепарации и гидравлическое сопротивление, определяющие качество очистки и энергозатраты на его достижение. Именно по этим показателям производят выбор пылеуловителя.

В научно-технической и справочной литературе по проблемам пылеулавливания до сих пор не сложилось единого подхода к расчету эффективности очистки циклонов [6]. При масштабном переходе при проектировании пылеочистного оборудования необходимо точно прогнозировать его эффективность пылеулавливания. Известные методы расчета циклонов [6-9], основанные на использовании эмпирических вероятностных функций, описывающих параметры фракционной эффективности циклонных пылеуловителей и дисперсный состав многих промышленных пылей, не отличаются большой точностью. Использование фракционного метода расчета Шиляева М.И. [6] затруднительно из-за его многоэтапности, сложности и трудоемкости. Специалистами НИИОГАЗ разработан вероятностно-энергетический метод расчета пылеуловителей, учитывающий доминирующую роль в этих аппаратах инерционного механизма осаждения взвешенных частиц [7, 8]. Метод позволяет расчетным путем (с учетом требований к очистке) разрабатывать новые конструкции механических пылеуловителей заданной эффективности. Как показали проведенные нами расчеты, погрешность определения диаметра частиц, улавливаемых с 50% эффективностью, прямоточными и противоточными циклонами с помощью вероятностно-энергетического метода неудовлетворительная.

Основными причинами ограниченного использования вихревых аппаратов А.А. Смульский считает отсутствие надежных методов расчета аэродинамики и происходящих в них процессов, а так же критериев перехода от лабораторных моделей к крупномасштабным установкам. По этому поводу А.Н. Штым замечает, что в настоящее время разностороннее применение закрученных потоков опережает их детальное исследование. Это приводит к тому, что имеется много единичных высокоэффективных циклонно-вихревых установок, но их широкое распространение сдерживается отсутствием четких рекомендаций для осуществления перехода на другую производительность и смену режимов работы [10]. Таким образом, проблема разработки метода расчета эффективности прямоточных циклонов, позволяющего достаточно точно прогнозировать ее величину при масштабировании конструктивных и технологических параметров, является актуальной и практически значимой.

Структура и объем работы

Диссертационная работа включает введение, четыре главы, основные результаты и выводы, список основной использованной литературы (170 наименований), условные обозначения и 4 приложения. Основное содержание изложено на 173 страницах, 27 рисунках, 10 таблицах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Предложена математическая модель движения закрученного осесимметричного течения вязкой несжимаемой жидкости с изменяющейся круткой в дивергентной форме в переменных «функция тока - вихрь» в циклоне. Уравнения движения были аппроксимированы центральными разностями, решались методом трехточечной прогонки с использованием дробных шагов. Из физических соображений было получено достаточное условие устойчивости разностной схемы.

2. Для численного решения поставленной задачи методом продольно-поперечной прогонки на алгоритмическом языке Турбо Паскаль была разработана программа. Получены профили осевой и окружной компонент скорости, линии равного уровня функции тока. Результаты свидетельствуют о наличии обратных течений и вихревых образований в пристенной зоне.

3. Разработана математическая модель движения частиц пыли в прямоточном циклоне с промежуточным отбором под действием центробежной силы и аэродинамического сопротивления газового потока. Получены траектории движения частиц пыли разного диаметра при различных точках входа в циклон и формулы для расчета минимального диаметра частиц, улавливаемых промежуточным и основным отборами пыли. Рассчитаны теоретические эффективности сепарации промежуточного отбора и циклона в целом, которые сопоставлены с экспериментальными значениями. Произведена оценка параметров фракционной эффективности циклона согласно методике НИИОГАЗ.

4. Выполнен расчет траекторий движения частиц разного размера по скачкообразной модели при различных значениях коэффициента восстановления нормального импульса после удара частицы о стенку циклона. Рассчитан диаметр вращающихся частиц, которые будут отрываться от стенки под действием силы Жуковского. Анализ расчетов показал, что основной причиной отрыва крупных частиц размером 5 >40 мкм является их отражение от стенки циклона. Для частиц размером 8< 21,75 [ мкм, которые слабо увлекаются турбулентными пульсациями, взвешивание частиц обусловлено эффектом Магнуса, возникающим при их закручивании после удара о стенку.

5. Для прямоточных типов циклонов статистически установлена однозначность и независимость влияния на относительный унос пыли следующих факторов: диаметра аппарата, масс-медианного диаметра частиц, концентрации пыли на входе в циклон, скорости газа в плане циклона. Этот факт положен в основу нового эмпирического метода расчета эффективности сепарации геометрически подобных прямоточных циклонных пылеуловителей при масштабном переходе. Сопоставительный анализ с экспериментальными данными и с расчетом по методике НИИОГАЗ показал, что расчет по предложенному методу является более точным (±1,60%) по сравнению с методикой НИИОГАЗ (±6,54%) в указанных пределах применимости.

6. Показана низкая пригодность вероятностно-энергетического метода Вальдберга-Кирсановой для группы прямоточных и противоточных циклонов.

7. Проведено сопоставление расчетов по фракционным методам Шиляева М.И. с экспериментальными фракционной и полной эффективностями пылеулавливания группового циклона, конструкция циклонных элементов которого защищена патентом РФ.

8. Результаты проведенных исследований и разработанный эмпирический метод расчета эффективности сепарации прямоточных циклонов использованы в учебных процессах Ангарской государственной технической академии и Восточно-Сибирского государственного технологического университета, а также на производственном объединении «Экопромсфера» (г. Улан-Удэ). Акты о внедрении научно-технических результатов приведены в приложении 4.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ и, v, w - осевая, радиальная и окружная компоненты скорости; функция тока; ft - вихрь скорости; Ф- момент импульса; ти<р - касательное напряжение на грани элементарного объема с абсциссой х; т2х(р- касательное напряжение на грани элементарного объема с абсциссой х+Ах; тЪг(р- касательное напряжение на криволинейной грани радиуса г элементарного объема; т4г?- касательное напряжение на криволинейной грани радиуса г+Аг элементарного объема; Р - давление; ц - динамическая вязкость;

U- скорость потока в плане циклона; R, D- радиус и диаметр циклона; -окружная составляющая угловой скорости; R0- параметр закрутки;

Roi - параметр раскрутки потока;

AQ, ВФ>С¥- левые части уравнений (2.14), (2.12), (2.13);

ReA-сеточное число Рейнольдса; К-параметр; m - масса частицы пыли;

V, W - скорости частицы и газа в плане циклона;

Fa - сила аэродинамического сопротивления;

3, рз - эквивалентный диаметр и плотность частицы пыли; t - время; ks - коэффициент формы частицы;

Т- время достижения частицей промежуточного отбора (ПО);

L0 -расстояние от выходных кромок лопаточного закручивателя до ПО;

V0 - безразмерная начальная скорость частицы; VZ,WZ - осевые компоненты скорости частицы и газа; V9,W- окружные компоненты скорости частицы и газа; Vr - радиальная компонента скорости частицы; г0- начальный радиус входа частицы в циклон; г- радиус центральной внутренней вставки;г2-радиус сепарационной камеры;

-минимальный диаметр улавливаемых частиц;

D(S) —интегральная функция распределения частиц по массе; де - диаметр, при котором масса частиц крупнее 8е составляет 36,8%, а мельче - 63,2%; т]1т, /^-теоретические эффективности улавливания промежуточным отбором и циклона в целом; кс - коэффициент восстановления нормального импульса; pg - плотность газа; М- параметр загрузки потока дисперсной фазой

M=G^Gg -отношение расходов фаз); v^, - скорость витания; g(8) - дифференциальная функция массового распределения частиц пыли по размерам; - коэффициент гидравлического сопротивления циклона; п - объем выборки; R - коэффициент детерминации;

-критерий Дарбина-Уотсона; а -среднее квадратическое отклонение; А - средняя абсолютная ошибка; 8т - масс-медианный диаметр частиц пыли; цр- эффективность проектируемого циклона; Ks(d) - фракционный коэффициент проскока; Ко - коэффициент уноса, учитывающий влияние диаметра циклона; Ks~ коэффициент уноса, учитывающий влияние дт;

Кцг- коэффициент уноса, учитывающий влияние скорости в плане циклона; Kz- коэффициент уноса, учитывающий влияние запыленности потока; /0 - относительная длина сепарационной зоны циклона; lg о - логарифм среднеквадратического отклонения размеров частиц (по массе); lg <Tfj - логарифм среднеквадратического отклонения степени фракционной очистки циклона;

N- параметр; Re - число Рейнольдса; Stk- число Стокса; z - запыленность входного потока; у - показатель степени в степенном законе окружной скорости, в главе 3 угол установки лопаток осевого направляющего аппарата; dso~ диаметр частиц, улавливаемых с эффективностью 50%; дт - масс-медианный диаметр частиц пыли; е - относительный унос пыли из циклона; Еотн - относительная ошибка гипотезы;

Щ, Ido, tfzo, Vso , Vwo - эффективность сепарации, характерная для циклона при параметрах D0, до, z0, W0\ tjo - эффективность сепарации геометрически подобного циклона при параметрах Д до, z0, W0; rjw - эффективность сепарации, характерная для данного циклона при параметрах D0, до, z0, W; ц2 - эффективность сепарации геометрически подобного циклона при параметрах D0, до, z, Wo; rjs - эффективность сепарации геометрически подобного циклона при параметрах D0, д, z0, W0; ца - известная эффективность пылеулавливания циклона, геометрически подобного проектируемому циклону; rjpH - расчетная эффективность пылеулавливания циклона по методике НИИОГАЗ; р, pg - плотность жидкости, газа; - плотность пыли; ц - время динамической релаксации частицы.

Индексы

О - базовый циклон; i - индекс; а - для технологических и конструктивных параметров модельного пылеуловителя в эксперименте; р - расчетный циклон, геометрически подобный базовому; рН- расчетный по методике НИИОГАЗ.

1. Пирумов, А.И. Обеспыливание воздуха / А.И. Пирумов. М. : Стройиздат., 1974. - 207 с.

2. Бурдаков, В. Космический сегмент российской энергосистемы / В. Бурдаков// Техника молодежи. 2007. - № 1.-С. 16-19.

3. Литвинова, Н.А. Снижение выбросов котельных в атмосферу / Н.А. Литвинова // Экология и промышленность России. 2007. - № 6. - С. 42-43.

4. Епифанова, И.П. Развитие рынка природоохранных работ и услуг в системе экологической безопасности / И.П. Епифанова, Э.Р. Черняховский // Экология и промышленность России. 2007. - № 6. - С. 51-54.

5. Подрезов А.В. Очистка газов от мелкодисперсной пыли / А.В. Подрезов, Н.И. Володин, Ю.Н. Журавлева, Я.В. Чистяков, Т.М Чечура // Экология и промышленность России. 2004. - №11. - С. 20-22.

6. Шиляев, М.И. Методы расчета пылеуловителей / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев, Е.П. Грищенко // Томск : Том. гос. архит.-строит. ун-т. 2006. - 385 с.

7. Вальдберг, А.Ю. Расчет эффективности сухих и мокрых механических пылеуловителей / А.Ю. Вальдберг, С.Г. Сафонов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2005. - № 10. - С.40-41.

8. Вальдберг, А.Ю. Практическая реализация вероятностно-энергетического метода расчета центробежных пылеуловителей / А.Ю. Вальдберг, Н.С. Кирсанова // Химическое и нефтяное машиностроение. -1994.-№9.-С. 26-29.

9. Справочник по пыле- и золоулавливанию / под ред. А.А. Русанова. -М.: Энергоатомиздат. 1983. - 312 с.

10. Алексеенко, С.В. Закрученные потоки в технических приложениях (обзор) / С.В. Алексеенко, В.Л. Окулов // Теплофизика и аэромеханика. -1996. -Т. 3. -№ 2. С. 101-138.

11. П.Данилов, Ю.М. Математическое моделирование течений в малогабаритных трубчатых турбулентных аппаратах / Ю.М. Данилов, А.Г. Мухаметзянова, Г.С. Дьяконов, Е.И. Кульментьева // Химическая промышленность. 2004. - № 9. - С. 451-457.

12. Сийержич, М. Измельчение расчетной сетки при моделировании закрученного двухфазного течения / М. Сийержич, Ф. Ментер // Теплофизика и аэромеханика.-2003.-Т. 10.-№2.-С. 171-182.

13. Иванов, А.А. К расчету аэродинамики вихревых пылеуловителей / А.А. Иванов // ТОХТ. 1998. - Т. 32. - № 6. - С. 581-586.

14. Лагуткин, М.Г. Оценка действия силы Кориолиса в аппаратах с ^ закрученным потоком / М.Г. Лагуткин, Д.А. Баранов // ТОХТ. 2004. - Т. 38.-№ 1. С. 9-13.

15. Ментер, Ф. Аэродинамика пассажирского самолета / Ф. Ментер, Р. Лантри ; перевод с англ. В. Водопьянова, Д. Хитрых // Solutions. 2005. - № 1.-С. 12-14.

16. Хитрых, Д. Проектирование турбомашин: обзор моделей турбулентности, реализованных в ANSYS CFX / Д. Хитрых // Solutions. -2005.-№ 1.-С. 9-11.

17. Успенский, В.А. Теория, расчет и исследования вихревых аппаратов очистных сооружений : автореф. дис. . докт. техн. наук / Успенский В.А. ; МИХМ. -М., 1978.-34 с.

18. Сажин, Б.С. Вихревые пылеуловители / Б.С. Сажин, Л.И. Гудим. -М.: Химия, 1995.

19. Гупта, А. Закрученные потоки / А. Гупта, Д. Лилли, Н. Сайред. М.: Мир, 1987.-588 с.

20. Страус, В. Промышленная очистка газов / В. Страус. М. : Химия, 1981.-616 с.

21. Кочин, Н.Е. Теоретическая гидромеханика / Н.Е. Кочин, И.А. Кибель, Н.В. Розе. -М.: Физматгиз, 1963. 728 с.

22. Яблонский, В.О. Расчет разделения суспензий с неньютоновской дисперсной средой в прямоточном цилиндрическом циклоне / В.О. Яблонский // Химическая промышленность. 2005. - Т. 82. -№ 1- С. 40-48.

23. Марков, В.А. Расчет движения частиц в сепарационном объеме циклонно-роторного пылеуловителя / В.А. Марков, В.В. Кузьмин // Известия Академии Промышленной Экологии.-2005.-№ 1.-С. 11-14.

24. Коган, В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии / В.Б. Коган. J1.: Химия, 1977. - 592 с.

25. Рябчук, Г.В. Метод исследования совмещенных гидромеханических и тепломассообменных процессов / Г.В. Рябчук, М.Е. Кисиль, А.Ю. Мишанин // Химическая промышленность. 2004. - Т. 81. - № 9. - С. 463471.

26. Коган, М.Н. Динамика разреженных газов / М.Н. Коган. М.: Наука, 1967.-440 с.

27. Temam P. Navier-Stokis equations. Theory and numerical analysis / P.Temam. Amsterdam, North - Holland Publising Company, 1979.

28. Абалакин, И.В. Кинетически согласованные разностные схемы как модель описания газодинамических течений / И.В.Абалакин, Б.Н.Четверушкин // Математическое моделирование. - 1996. - № 8. - С. 1735.

29. Елизарова, Т.Г. Использование кинетических моделей для расчета газодинамических течений / Т.Г. Елизарова, Б.Н. Четверушкин. // Математическое моделирование. Процессы в нелинейных средах. М. : Наука, 1986.-С. 261-278.

30. Елизарова, Т.Г. Об алгоритме расчета газодинамических течений / Т.Г. Елизарова, Б.Н. Четверушкин // ДАН СССР. 1984. - Т. 279. - № 1. - С. 80-84.

31. Елизарова, Т.Г. Кинетически-согласованные конечно-разностные схемы для расчета газодинамических течений / Т.Г. Елизарова, Б.Н. Четверушкин // Вычислительная математика и математическая физика. -1988.-Т. 28.-№ 11.-С. 1695-1710.

32. Симаков, Н.Н. Численное моделирование и расчет начального участка турбулентной газовой струи / Н.Н. Симаков // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2006. - Т. 49. - № 3. - С. 93-97.

33. Рябенький, B.C. Безытерационный способ решения неявной разностной схемы для уравнений Навье Стокса в переменных: завихренность и функция тока / B.C. Рябенький, В.А. Торгашев // Математическое моделирование. - 1996. - № 10. - С. 100-112.

34. Мажорова, О.С. Монотонизирующие регуляризаторы и матричный метод решения уравнений Навье-Стокса для несжимаемой жидкости / О.С. Мажорова, М.П. Марченко, И. В. Фрязинов // Математическое моделирование. 1994.-Т. 6.-№ 12.-С. 97-115.

35. Люмкис, Е.Д. Об увеличении шага по времени при интегрировании уравнений Навье-Стокса в переменных вихрь-функция тока / Е.Д. Люмкис // Дифференциальные уравнения. 1985.-Т. 21.-№ 7.-С. 1205-1217.

36. Флетчер, К. Вычислительные методы в динамике жидкости / К. Флетчер. М.: 1991.-Т. 1. - 502 с.

37. Гончаров, А.Л. О построении монотонных разностных схем для уравнений Навье-Стокса на девятиточечных шаблонах / А.Л. Гончаров, И.В. Фрязинов // Препр. ин-та Прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. -М., 1986. № 93. - С.14-16.

38. Гончаров, А.Л. Разностные схемы на девятиточечных шаблонах «крест» для уравнений Навье-Стокса в переменных скорость- давление / А.Л.

39. Гончаров, И.В. Фрязинов // Препр. ин-та Прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. М., 1986. - № 53. - С. 17.

40. Гончаров, A.JI. Разностные схемы на девятиточечных шаблонах «крест» решения уравнений Навье-Стокса / A.JI. Гончаров, И.В. Фрязинов // Вычислительная математика и математическая физика. -1988.-Т. 28,-№6. С. 867-878.

41. Гончаров, A.JI. Сеточный метод решения трехмерных уравнений Навье-Стокса в параллелепипеде / A.JI. Гончаров, И.В. Фрязинов // Дифференциальные уравнения. 1991. - Т. 27. - № 7. - С. 1137-1144.

42. Харлоу, Ф.Х. Численный метод «частиц-в-ячейках» для задач гидродинамики / Ф.Х. Харлоу; под ред. С. С. Григоряна и Ю.Д. Шмыглевского. М.: Мир, 1967. - 383 с.

43. Григорьев, Ю.Н. Численное моделирование методами частиц-в-ячейках / Ю.Н. Григорьев, В.А. Вшивков, М.П. Федорчук. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. - 360 с.

44. Белоцерковский, О.М. Нестационарный метод «крупных» частиц для газодинамических расчетов / О.М. Белоцерковский, Ю.М. Давыдов //Журн. вычисл. матем. и матем. физики. 1971. - Т. 11. - № 1. - С. 182-207.

45. Белоцерковский, О.М. Метод «крупных» частиц в газовой динамике / О.М. Белоцерковский, Ю.М. Давыдов. М.: Наука, 1982. - 392 с.

46. Яненко, Н.Н. О методах расчета задач газовой динамики с большими деформациями / Н.Н. Яненко, Н.Н. Анучина, В.Е. Петренко, Ю.И. Шокин // Числ. мет. механики сплошных сред. 1970. - Т.1. - С. 40-62.

47. Годунов, С. К. Разностные схемы (введение в теорию) / С.К. Годунов, B.C. Рябенький. М.: Наука, 1973. - 400 с.

48. Теоретические основы и конструирование численных алгоритмов задач математической физики / под ред. К.И. Бабенко. М. : Наука, 1979. -295 с.

49. Сапожников, Г.А. Совместный метод потоков жидкости и частиц-в-ячейках для расчета газодинамических течений / Г.А. Сапожников // Вопросыразработки и эксплуатации пакетов прикладных программ. ИТПМ СО АН СССР. Новосибирск. - 1981. - С. 89-97.

50. Василевский, М.В. Расчет эффективности очистки газа в инерционных аппаратах / М.В. Василевский, Е.Г. Зыков. Томск : ТПУ, 2005.-86 с.

51. Пирумов, А.И. Аэродинамические основы инерционной сепарации / А.И. Пирумов. М.: Госстройиздат, 1961. - 170 с.

52. Гольдштик, М.А. Движение мелких частиц в закрученном потоке / М.А. Гольдштик, А.К. Леонтьев, И.И. Палеев // ИФЖ. 1960. - Т.З. - № 2. -С. 17-24.

53. Левин, Л.М. Исследования по физике грубодисперсных аэрозолей / Л.М. Левин. М.: Изд-во АН СССР, 1961. - 268 с.

54. Асламова, B.C. Движение частицы во вращающемся газопылевом потоке с анизатропной вязкостью / B.C. Асламова, А.А. Асламов, П.К. Ляпустин // Вестник ИрГТУ. 2001. - Т. 2. - № 9. - С. 78-83.

55. Асламова, B.C. Вероятностно-статистическое моделирование эффективности сепарации частиц пыли в прямоточном циклоне / B.C. Асламова, А.А. Асламов, П.К. Ляпустин // Вестник ИрГТУ. 2007. - Т. 29. -№1.- С. 27-30.

56. Кутепов, A.M. Стохастический анализ гидромеханических процессов разделения гетерогенных систем / A.M. Кутепов // ТОХТ. 1987. - Т. 21. - № 2.-С. 147-156.

57. Мизонов, В.Е. Стохастическая модель равновесной классификации порошков / В.Е. Мизонов // ТОХТ. 1984. - Т. 18. - № 6. - С. 811-815.

58. Шиляев, М.И. Аэродинамика и тепломассообмен газодисперсных потоков : учеб. пособие / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев. Томск : Изд-во Томск, гос. архит. - строит, ун-та, 2003. - 272 с.

59. Сугак, Е.В. Моделирование и интенсификация процессов очистки промышленных газовых выбросов в турбулентных газодисперсных потоках : дис. . докт. техн. наук / Е.В. Сугак. Красноярск, 1999. - 318 с.

60. Белоусов, В.В. Теоретические основы процессов газоочистки / В.В. Белоусов. М.: Металлургия, 1988. - 256 с.

61. Иванов, Ю.В. Аэродинамика вихревой камеры / Ю.В. Иванов, Б.Д. Кацнельсон, В.А. Павлов // Вопросы аэродинамики и теплопередачи в котельно-топочных процессах : сб. науч. тр. М., 1958.

62. Гольдштик, М.А. Вихревые потоки / М.А. Гольдштик. Новосибирск : Наука, Сиб. отд., 1981.-367 с.

63. Николаев, А.Н. Гидроаэродинамика и массообмен в полых вихревых аппаратах : автореф. дис. . канд. техн. наук. / А.Н. Николаев; ИОНХ. М., 1988.- 16 с.

64. Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика / Г.Н. Абрамович. -М.: Наука, 1976.-888 с.

65. Сабуров, Э.Н. Теплообмен и аэродинамика закрученного потока в циклонных устройствах / Э.Н. Сабуров, С.В. Карпов, С.И. Осташев. JI. : ЛГУ, 1989.-276 с.

66. Дейч, М.Е. Газодинамика двухфазных сред / М.Е. Дейч, Г.А. Филиппов. М.: Энергия, 1968. - 424 с.

67. Василевский, М.В. Расчет турбулентного течения аэрозоля в прямоточном циклоне / М.В. Василевский, М.И. Шиляев // Методы гидроаэромеханики в приложении к некоторым технологическим процессам. -Томск :ТГУ, 1977.-84-95 с.

68. Плотников, В.А. Газодинамика закрученного потока / В.А. Плотников, JI.A. Тарасова, О.А. Трошкин // Теоретические основы химической технологии. 2002. - Т.36. - № 4. - С. 358-362.

69. Жигула, В.А. Газодинамика закрученного потока / В.А. Жигула, В.П. Коваль // Прикладная механика. 1975. - Т. 11. - № 9.

70. Успенский, В.А. К расчету вихревого пылеулавливающего аппарата / В.А.Успенский, В.И. Соловьев // ИФХ. 1970. - Т. 18. - № 3. - С. 459-466.

71. Успенский, В.А. Газодинамический расчет вихревого аппарата / В.А. Успенский, В.М Киселев // Теоретические основы химической технологии. -1974. Т. 8. - № 3. - С. 428 - 434.

72. Волшаник, В.В. Закрученные потоки в гидротехнических сооружениях / В.В. Волшаник, A.JI. Зуйков, А.П. Мордасов. - М. : Энергоатомиздат, 1990. - 280 с.

73. Бетяев, С.К. Математические модели неосесимметричного колоннообразного вихря / С.К. Бетяев // Теоретические основы химической технологии, 2002.-Т. 36.-№2.-С. 124-129.

74. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский. -М.: Наука, 1978.-736 с.

75. Авакян, В.А. Осаждение мелкодисперсной примеси из турбулентных закрученных течений в каналах / В.А. Авакян, А.А. Винберг, В.А. Першуков // Теоретические основы химической технологии. 1992. - Т. 26. - №5. - С. 692.

76. Смульский, И.И. Одномерная модель сепарации / И.И. Смульский // ИФЖ. 1993. -Т. 65.-№ 1. - С. 57.

77. Эскин, Д.И. Влияние полидисперсности частиц на пристеночное трение в высокоскоростных газодинамических аппаратах / Д.И. Эскин, С.Н. Воропаев, И.Н. Дорохов // Теоретические основы химической технологии. -2003. Т. 37. - № 2. - С. 138-146.

78. Турбулентные течения газовзвеси / А.А. Шрайбер и др. Киев : Наукова думка, 1987. - 240 с.

79. Кутателадзе, С.С. Аэродинамика и тепломассообмен в ограниченных вихревых потоках / С.С. Кутателадзе, Э.П. Волчков, В.И. Терехов. -Новосибирск : ИТФ СО АН СССР, 1987. 282 с.

80. Фукс, Н.А. Механика аэрозолей / Н.А. Фукс. М. : Изд-во АН СССР, 1955.-352 с.

81. Медников, Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей / Е.П. Медников. -М.: Наука, 1981. 176 с.

82. Старченко, А.В. Математическая модель неизотермического турбулентного течения газовзвеси в трубе / А.В. Старченко, A.M. Бубенчиков, Е.С. Бурлуцкий // Теплофизика и аэромеханика. 1999. - Т. 6. -№ 1.-С. 59-70.

83. Нигматулин, Р.И. Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматулин. -4.1. -М.: Наука, 1987.-464 с.

84. Шиляев, М.И. Методы расчета и принципы компоновки пылеулавливающего оборудования: учеб. пособие / М.И. Шиляев, А.Р. Дорохов. Томск : Изд-во Томск, гос. архит.-строит. ун-та, 1999. - 209 с.

85. Шрайбер, А.А. Турбулентные течения газовзвесей / А.А. Шрайбер и др. Киев : Наукова думка, 1987. - 239 с.

86. Мульга, Ф.С. Основные закономерности процесса переноса в мелкодисперсном трубном течении / Ф.С. Мульга // Турбулентные двухфазные течения и техника эксперимента. Таллин, 1985.-С. 161-167.

87. Tsuji Y. LDV measurements of an air-solid two-phase flow in vertical pipe / Y. Tsuji, Y. Morikawa, H. Schiomi // J. Fluid Mech. 1984. - V. 139. - P. 417.

88. Ding, J. A bubbling fluidization model using Kinetic theory of granular flow / J. Ding, D. Gidaspow // AIChE J. 1991. - V. 36. - № 4. - P. 523.

89. Jenkins, J.T. A theory for the rapid flow of identical, smooth, nearly elastic spherical particles / J.T.Jenkins, S.B. Savage // J. Fluid Mech. 1983. - V. 130.-P. 187.

90. Эскин, Д.И. Моделирование и оптимизация процессов струйного измельчения / Д.И. Эскин, И.Н. Дорохов, О.И. Васильков // ТОХТ. 2001. -Т.35.-№2-С. 199-202.

91. Шаров, С.В. Выбор граничных условий в выходном сечении трубы при расчете закрученных течений / С.В. Шаров, С.Г. Черный, B.J1. Окулов, Ю.А. Грязин // Теплофизика и аэромеханика. 1997. - Т. 4. - №3. - С. 347350.

92. Грязин, Ю.А. Численное моделирование течений несжимаемой жидкости на основе метода искусственной сжимаемости.// Вычислительные технологии / Ю.А. Грязин, С.Г. Черный, С.В. Шаров // Сб. науч. тр. / Новосибирск :ИВТ СО РАН.- 1995.-Т. 4.-№ 13.-С. 180-203.

93. Алексеенко, С.В. Стационарный вихрь с переменной винтовой симметрией / С.В. Алексеенко, П.А. Куйбин, B.JL Окулов, С.И. Шторк // Докл. РАН 1995. - Т. 345. - № 5. - С. 611-614.

94. Щукин, В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил / В.К. Щукин. М.: Машиностроение, 1980. - 240 с.

95. Шваб, В.А. К вопросу обобщения полей скорости турбулентного потока в циклонной камере / В.А. Шваб // ИФЖ. 1963. - Т. 6. - № 2. - С. 102-108.

96. ЮО.Шиляев, М.И. Расчет гидравлического сопротивления пенных аппаратов / М.И. Шиляев, А.Р. Дорохов // Теплофизика и аэромеханика. -2000. Т. 7. -№ 1.-С. 145-148.

97. Шиляев, М.И. Моделирование процесса пылеулавливания в прямоточном циклоне. 1. Аэродинамика и коэффициент диффузии частиц в циклонной камере / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев // Теплофизика и аэромеханика. 2003. - Т. 10. - № 2. - С. 157-170.

98. Абрамович, Г.Н. Теория турбулентных струй / Г.Н. Абрамович. -М. .-Наука, 1984.-716 с.

99. ЮЗ.Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик; под ред. М.О. Штейнберга. М. : Машиностроение, 1992. -672 с.

100. Шиляев, М.И. Моделирование процесса пылеулавливания в прямоточном циклоне. 2. Расчет фракционного коэффициента проскока / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев // Теплофизика и аэромеханика. 2003. - Т. 10. -№ 3. - С. 427- 437.

101. Ю5.Голованчиков, А.Б. Вероятность улавливания частиц в циклоне и батареи циклонов / А.Б. Голованчиков, Е.В. Сафонов, О.В. Карпова // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. 2000. - Т. 43. - вып. 6. - С. 77-80.

102. Юб.Раскина, О.А. Расчет траектории частицы дисперсной фазы в гидроциклоне / О.А. Раскина, В.А. Фафурин // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. 2003. - Т. 46 - вып. 4. - С. 142-144.

103. Барон, Ф. Сепарация мелкодисперсной влаги в прямоточных циклонах / Ф. Барон, Л.И.Зайчик, В.А. Першуков // Теплофизика и аэромеханика. -1996. Т. 3. - № 4. - С. 353-360.

104. Sloan, D.G. Modelling of swirt in turbulent flow system / D.G. Sloan, PJ. Smith, L.D. Smoot // Progr. Energy Combust. Sci. 1986. - № 2.

105. Зайчик, JI.И. Время взаимодействия сталкивающихся частиц с турбулентными вихрями / Л.И. Зайчик, В.М. Алипченков // Теплофизика и аэромеханика. 1999. - Т. 6. - № 4. - С. 529-537.

106. ПО.Вараксин, А.Ю. Влияние частиц на интенсивность турбулентности несущего потока / А.Ю. Вараксин, Л.И. Зайчик // Теплофизика и аэромеханика. 2000. - Т. 7. - № 2. - С. 243-254.

107. Зайчик, Л.И. Влияние столкновений на осаждение инерционных частиц из турбулентного потока / Л.И. Зайчик, В.М. Алипченков // Теплофизика и аэромеханика. 2000. - Т. 7. - № 3. - С. 397-409.

108. Фрязинов, И.В. Консервативные разностные схемы для двумерных уравнений несжимаемой вязкой жидкости в переменных скорость-давление. / И.В. Фрязинов // Препр. ин-та Прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. М. - 1986. - № 11. - С. 28.

109. Марчук, Г. И. Методы расщепления / Г. И. Марчук. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 264 с.

110. Самарский А.А. Разностные методы газовой динамики / А.А. Самарский, Ю.П. Попов. -М.: Наука, 1980.

111. Самарский, А.А. Теория разностных схем / А.А. Самарский. М. : Наука, 1983.

112. Ковеня, В.М. Метод расщепления в задачах газовой динамики / В.М. Ковеня, Н.Н. Яненко. Новосибирск, 1981.

113. Яненко, Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики / Н.Н. Яненко. Новосибирск : НГУ, 1966. - 320 с.

114. Будунов, Н.Ф. Ламинарное закрученное течение вязкой несжимаемой жидкости при внезапном расширении канала / Н.Ф. Будунов // Материалы 11 научной конференции. Улан-Удэ : Изд-во ВСТИ, 1972.

115. Полежаев, В.Н. Метод расчета граничных условий для уравнений Навье-Стокса в переменных «вихрь функция тока» / В.Н. Полежаев, В.Л. Грязнов // ДАН СССР. - Т. 219. - № 2. - 1974.

116. Дмитриев, А.В. Динамика сплошной фазы в аппаратах вихревого типа, предназначенных для комплексной очистки газовых выбросов промышленных предприятий / А.В. Дмитриев, Д.Н. Латыпов, А.Н. Николаев

117. Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. 2004. - Т. 47 - вып. 10 - С. 85-88.

118. Самарский, А.А. Введение в численные методы : учеб. пособие для вузов. / А.А. Самарский. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.-288 с.

119. Боглаев, Ю.П. Вычислительная математика и программирование : учеб. пособие для студентов втузов. / Ю.П. Боглаев. М. : Высш.шк., 1990. -544 с.

120. Марчук, Г. И. Решение многомерного кинетического уравнения методом расщепления / Г. И. Марчук, Н.Н. Яненко // Докл. АН СССР. 1966. -Т. 157. -№ 6. - С. 1241-1242.

121. Яненко, Н.Н. Об экономичных неявных схемах (метод дробных шагов) / Н.Н. Яненко //ДАН СССР. 1960. -Т. 134.-№5.-С. 1041-1043.

122. Алексеенко, С.В. Введение в теорию концентрированных вихрей / С.В. Алексеенко, П.А. Куйбин, B.JI. Окулов. М.-Ижевск : Ин-т компьютерных исследований, 2005. - 504 с.

123. Баранов, Д.А. Расчет сепарационных процессов в гидроциклонах / Д.А. Баранов, A.M. Кутепов, М.Г. Лагуткин // Теоретические основы химической технологии. 1996. - Т. 30. -№ 2. - С. 117-122.

124. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химических технологий / А.Г. Касаткин. М.: Химия, 1971. - 784 с.

125. Ахметов, Т.Г. Химическая технология неорганических веществ / Т.Г. Ахметов, Р.Т. Порфильева, Л.Г. Гайсин. Кн. 1. - М. : Высш. Школа, 2002. - 688 с.

126. Барахтенко, Г.М. Влияние формы закручивающего устройства на гидравлическое сопротивление прямоточного циклона / Г.М. Барахтенко, И.Е. Идельчик // Промышленная и санитарная очистка газов. 1974. - № 6. -С. 4-7.

127. Литвинов, А.Т. Эффективная очистка газов в аппаратах, использующих для выделения частиц пыли из потока центробежную силу /

128. А.Т. Литвинов // Журнал прикладной химии. 1971. - Т. 44. - № 6. - С. 1221-1231.

129. Степанов, Г.Ю. Инерционные воздухоочистители / Г.Ю. Степанов, И.М. Зицер. М.: Машиностроение, 1986. - 184 с.

130. Калмыков, А.В. Разработка, исследование и методика расчета совершенных конструкций прямоточных пылеуловителей / А.В. Калмыков // Теплоэнергетика. 1970. - № 4. - С. 60-63.

131. Медников, Е.П. Вихревые пылеуловители / Е.П. Медников // Обзорная информация. Сер. ХМ-14. Промышленная и санитарная очистка газов. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1975. - 44 с.

132. Коузов, П.А. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей / П.А. Коузов, Л.Я. Скрябина. Л. : Химия, 1983. -143 с.

133. А.С. 386309 СССР. Прямоточный циклон / А.Н. Шерстюк, B.C. Асламова и др. -Опубл. В Б.И. 1988. - Бюл.№ 3.

134. Патент RU 61156 U1, МПК В04С 3/06. Прямоточный циклон / Асламова B.C., Асламов А.А., Ляпустин П.К., Мусева Т.Н., Брагин Н.А. ; заявитель и патентообладатель Ангарская гос. техн. академия. Бюл. № 6. -2007.

135. Асламова, В. С. Прямоточный циклон для минераловатного производства / B.C. Асламова, А.А. Асламов, П.К. Ляпустин, Т.Н. Мусева, Н.А. Брагин // Экология и промышленность России. 2007. - № 6. - С. 2627.

136. Калугин, Б.Ф. Потери напора от ударов частиц о стенки при пневматическом транспорте по горизонтальным трубам / Б.Ф. Калугин // Инженерно-физический журнал. 1961. - Т. 4, № 7. - С. 40-46.

137. Owen, P. Pneumatic Transport / P. Owen // Fluid. Mech 1969. - T. 39. -№ 2 -p. 407-432.

138. Шрайбер, А.А. Гидромеханика двухкомпонентных потоков с твердым полидисперсным веществом / А.А. Шрайбер, В.Н. Милютин, В.П. Яценко. Киев : Наукова думка, 1980. - 252 с.

139. Adam, О. Untersuchung iiber die Vorgans in feststoffbelandenen Gasstromen / O.Adam // Forsch. Nordrhein-Westfallen. Koln. - 1960. - № 904. -165 s.

140. Matsumoto, S. Simulation of gas-solid two-phase flow in horisontal pipe / S. Matsumoto, S. Saito, S. Maeda // Chem. Engineering Jap. 1976. - № 1. -p. 23-28.

141. Смагин, П.В. Об изменении скорости транспортирующего материала при ударе в отводе пневмотранспорта / П.В. Смагин // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1975. -№ 8. - С. 148-151.

142. Шиляев, М.И. Гидродинамические процессы в рабочих элементах ротационных сепараторов : автореф. дис. . докт. физ.-мат. Наук / Шиляев М.И. Томск. - 36 с.

143. Rossetti, SJ. Drad reduction in dilute flowing gas-solid suspensions / S.J. Rossetti, R. Pfeffer// AlChe J. 1972. - № 1. - P. 31-39.

144. Particulate separation from gas streams by means of liquit film in annular two-phase climbing flow / Chiesa G. et. al. // Chem. Eng. Science. 1974. - v. 29.-№ 10.-p. 1139-1146.

145. Асламова, B.C. Характер движения частиц пыли в прямоточном циклоне с промежуточным отбором пыли / B.C. Асламова, А.А. Асламов, Т.Н. Мусева // Томск : Известия Томского политехнического университета. -2007.-Т. 310.-№ 1.-С. 166-171.

146. Лойцянский, Л.Г. Курс теоретической механики / Л.Г. Лойцянский, А.И. Лурье. В 2-х томах. - Т. 2. Динамика - М.: Наука, 1983. - 640 с.

147. Зимон, А.Д. Адгезия пыли и порошков / А.Д. Зимон. М. : Химия, 1976.-432 с.

148. Зимон, А.Д. Отрыв частиц под действием воздушного потока / А.Д. Зимон, Е.А. Ронгинский // Адгезия частиц : сб. науч. тр. / Фрунзенский политехнический ин-т. Фрунзе, 1976. - С. 110-117.

149. Шиляев, М.И. Связь энергетического и фракционного методов расчета мокрых пылеуловителей / М.И. Шиляев, A.M. Шиляев // ТОХТ. -2005. Т. 39. - №5. - С. 586-591.

150. Коузов, П.А. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности / П.А. Коузов, А.Д. Мальгин, Г.М. Скрябин. JI. : Химия, 1982.-255 с.

151. Вальдберг, А.Ю. Основы расчета эффективности газоочистных I аппаратов инерционного типа / А.Ю. Вальдберг, С.Г. Сафонов // Химическоеи нефтегазовое машиностроение. 2006. - № 9. - С. 43 - 44.

152. Асламова, B.C. Интенсификация процесса сепарации в прямоточном циклоне и вентиляторе-пылеуловителе : дис. .канд. техн. наук Асламова B.C.; МИХМ. М„ 1987. - 262 с.

153. Вальдберг, А.Ю. Расчет циклонов с использованием вероятностно-энергетического метода / А.Ю. Вальдберг, С.Г. Сафонов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2003. - № 8. - С. 14.

154. Шерстюк, А.Н. Влияние геометрических и режимных параметров прямоточного циклона на его эффективность / А.Н. Шерстюк, B.C. Асламова // Теплоэнергетика. 1990. - №1. - С. 63-67.

155. Асламова, В. С. Промышленные испытания группового прямоточного циклона с промежуточным отбором пыли / B.C. Асламова, А.А. Асламов, П.К. Ляпустин, Д.В. Гендин // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. -2007,-№2.-С. 6-8.

156. Смирнов, М.Е. Циклон для литейного производства / М.Е. Смирнов, А.В. Сугак, Г.М. Гончаров // Экология и промышленность России. -2000,-№5.-С. 13-14.R

157. Барахтенко, Г.М. Характеристики прямоточных циклонов с 1 многовходным улиточным закручивателем / Г.М. Барахтенко, И.Е. Идельчик

158. Промышленная и санитарная очистка газов. 1978. - № 2. - С. 12-13.

159. Могилевский, В.В. Прямоточный циклон со щелевой подачей и отбором рециркуляционного газа : дис. . канд. техн. наук / Могилевский В.В. Киев, 1985.

160. Шерстюк, А.Н. Эмпирический метод оценки эффективности сепарации циклонов / А.Н. Шерстюк, B.C. Асламова // Теплоэнергетика. -1990.-№5. С.61-62.

161. Мацнев, В.В. Исследование процесса инерционной сепарации и \ повышение эффективности улавливания прямоточного циклона : автореф.дис. . канд.техн.наук / Мацнев В.В. —Л., 1972. 18 с.

162. Идельчик, И.Е. К исследованию прямоточных циклонов / И.Е. Идельчик, Э.И. Коган // Проблемы циркуляции и кондиционирования воздуха. Минск : Высш. шк. - 1969. - С.318-326.

163. Кирпичев, Е.Ф. Очистка воздушного бассейна промышленных городов / Е.Ф. Кирпичев. Л.: Общ-во по распростр. полит., и научн. знаний РСФСР, 1958.-59 с.

164. Калмыков, А.В. Исследование прямоточных пылеотделителей на потоках запыленного газа / А.В. Калмыков, В.И. Игнатьев, В.Н. Тюканов // Аэродинамика, тепло и массообмен в дисперсных потоках : сб. статей. М. : Наука, 1967.- С. 90-100.

165. Платов, Б.Д. Батарейный вихревой пылеуловитель / Б.Д. Платов, Л.Я. Ткачук // Очистка вентиляционных выбросов и защита воздушного бассейна от загрязнений : сб. тр. Ростов-на-Дону, 1977. - С. 60-61.

166. Платов, В.Д. Исследование сухого пылеуловителя с прямоточным пылеконцентратором : дис. . канд. техн.наук / Платов В.Д. Киев, 1980. -195 с.

167. Коган, Э.И. Высокоэффективные прямоточные циклоны / Э.И. * Коган // Санитарная техника. Киев : Будивельник, 1969. - вып. 8. - С. 35

168. Коган, Э.И. Расчет эффективности пылеотделения в прямоточном циклоне / Э.И. Коган, Я.Л. Гинзбург // Промыш. и сан. очистка газов. 1978. -№3. - С. 8-9.

169. Смирнов, М.Е. Улавливание пыли в вертикальном прямоточном циклоне / М.Е. Смирнов, А.В. Сугак, Г.М. Гончаров // Экология и промышленность России. 2001. - №4. - С. 28-29.