автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Повышение технологической эффективности аппаратов вихревого типа в системах газоочистки

004610505 На правах рукописи

Тарасова Людмила Александровна

ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АППАРАТОВ ВИХРЕВОГО ТИПА В СИСТЕМАХ ГАЗООЧИСТКИ

05.17.08- процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 4 ОКТ 2010

Москва - 2010'

004610505

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московском государственном университете инженерной экологии» (МГУИЭ)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Трошкин Олег Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лагуткин Михаил Георгиевич доктор технических наук, профессор Гудим Леонид Иванович доктор технических наук, профессор Горшенин Павел Александрович

Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный

университет» (г. Красноярск)

Защита диссертации состоится 21 октября 2010 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.145.01 в Московском государственном университете инженерной экологии, 105066, Москва, улица Старая Басманная, дом 21/4, аудитория имени Л.А. Костандова (ауд. Л207).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета инженерной экологии

Автореферат разослан « И» СлЛь-Л^ 2010 г. Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н. / ^ С.А. Трифонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Аппараты вихревого типа широко используются в химических технологиях. Достаточно указать на такие распространенные устройства как центрифуги, аппараты с мешалкой, циклоны, скрубберы центробежного действия, вихревые трубы, вихревые компрессоры и многие другие. Все эти аппараты объединяет общий принцип - их функционирование базируется на использовании центробежной силы. В научно-технической литературе, как правило, не рассматривается движение в пристенных зонах, которые обычно исключаются из анализа, и не выполняется условие прилипания, поскольку значение окружной скорости на стенке принимается отличных от нуля, не проанализированы условия потери устойчивости вихревого течения при наличии вязкого радиального потока. В настоящее время интенсивно развивается теория закрученных течений в связи со стремлением объяснить природу вихревого эффекта, которая остается до сих ' пор не выявленной. Поэтому работы в этом направлении представляют научный интерес.

Особенно перспективно применение аппаратов с закрученным движением фаз в системах газоочистки. В этой связи следует заметить, что инженерная защита окружающей среды базируется на хорошо развитых химических технологиях.

Необходимость и важность решения проблемы повышения эффективности систем газоочистки, базирующихся на функциональных особенностях аппаратов с закрученным движением фаз определяют актуальность данного исследования.

Работа выполнена по приоритетному направлению развития науки, технологий и техники РФ Пр-577 «Энергосберегающие технологии», «Системы жизнеобеспечения и защиты человека», Программе Красноярского краевого экологического фонда (1999-2001).

Объект исследования - аппараты с закрученным движением фаз в системах газоочистки, в частности вихревые трубы низкого напора и водокольцевые компрессоры.

Предмет исследования - гидродинамические и технологические процессы энергоразделения, очистки воздуха от пыли, его осушка в аппаратах вихревого типа.

Цель диссертационной работы - изучение гидродинамики и повышение технологической эффективности аппаратов с закрученным движением фаз, связанное с приданием им дополнительных функций и технико-экономически оправданных методов выбора вихревых устройств в установках газоочистки.

Задачи исследований:

1. Проанализировать динамику закрученного потока в различных зонах вихревого аппарата и оценить вклад отдельных составляющих в общее гидравлическое сопротивление аппарата с закрученным движением фаз с учетом его конструктивных особенностей.

2. Провести анализ газодинамической устойчивости закрученного потока в различных зонах вихревого аппарата.

3. Определить термодинамические характеристики вихревой трубы низкого напора и установить влияние пылевлагосодержания входящего потока сжатого воздуха на эксплуатационные параметры аппарата;

4. Разработать методики расчета параметров выходных потоков вихревой трубы низкого напора.

5. Установить пылеудерживающую способность водокольцевых нагнетателей.

6. Разработать комбинированные системы защиты атмосферы от загрязнений на базе вихревой трубы низкого напора и вихревого водокольцевого компрессора (ВВК).

7. Выработать критерии технико-экономической оценки эффективности системы защиты окружающей среды от загрязнений.

Методика исследования. Для решения поставленных задач использованы аналитические и численные методы решения математических моделей, разработаны и изготовлены экспериментальные стенды, проведены натурные и модельные физические исследования.

Научная новизна.

1. Проведено аналитическое решение уравнений вихревого движения, осложненного радиальным течением вязкого потока. Рассматривался общий случай движения между двумя произвольными слоями вязкого несжимаемого газа при перемещении среды к оси вращения против действия центробежной силы. Полученные теоретические соотношения показали, что потенциальный вихрь формируется не сразу, как это обычно полагается, а при определенных значениях показателя интенсивности радиального потока, приближаясь к закону потенциального течения асимптотически. Теоретически установлено, что центральный вихрь квазитвердого вращения (вихрь Ренкина) возникает при условии уравновешивания центробежной силы созданным на периферии давлением и предложено соотношение для его вычисления в зависимости от режимных параметров.

2. Проведенный анализ течения в пристенной зоне вихревого аппарата позволил замкнуть решения и выполнить условия прилипания на неподвижной поверхности, которые не выполнялись в других исследованиях. При этом вводится прием уравновешивания касательного напряжения на границе пограничного слоя скоростным напором внешнего течения, что позволило вычислить толщину пристенной зоны.

3. Полученные теоретические соотношения позволяют провести анализ устойчивости закрученного потока в различных зонах вихревого аппарата. Избран метод Релея и трансформированы известные соотношения к условиям конкретной задачи, которая была решена. Оказалось, что вихревой поток теряет устойчивость в узкой области на границе центрального и периферийного вихрей при малой интенсивности радиального течения. Вводится критерий потери устойчивости Ку= 2 и аналитически показано, что область потери устойчивости находится в зоне потенциального вихря.

4. Экспериментально показано, что исходное пылевлагосодержание сжатого газа не оказывает влияния на термодинамическую эффективность вихревой трубы низкого напора (ВТНН), что подтверждено эксергетическим анализом.

5. Теоретически получены и подтверждены данными непосредственных измерений значения эксплуатационных характеристик вихревого водоколь-цевого компрессора, обеспечивающие предельные режимы работы машины при которых запирающая жидкость не попадает в воздушные окна.

6. Выработаны критерии оценки эффективности систем газоочистки, включающие как экономические, так и технологические факторы. Практическая значимость заключается в том, что

- получены расчетные соотношения, позволяющие определять гидравлическое сопротивлений вихревых аппаратов с учетом их конструктивных особенностей;

- пылевлагосодержание исходного потока газа может не учитываться при термодинамическом анализе вихревой трубы низкого напора;

- разработана комбинированная система охлаждения, нагрева, очистки воздуха от пыли и осушки (КСОНО) на базе вихревой трубы низкого напора;

- гидравлический расчет вихревого водокольцевого компрессора можно проводить без учета содержания пыли в поступающем потоке газа;

- даже при высокой степени запыленности (до 250 г/м3) пылеудержи-вающая способность ВВК остается высокой (до 100%);

- разработана комбинированная система очистки воздуха от пыли (циклон-ВВК), в которой вихревой водокольцевой компрессор выполняет дополнительную функцию второй «мокрой» ступени, а также технологическая схема циклон-ВВК-ВТНН, позволяющая дополнительно осушить и менять температурный режим выходных потоков, разработаны методики расчета предлагаемых систем;

- разработаны методы оценки газоочистных сооружений, позволяющие на стадии проектирования произвести сравнительный анализ конкурирующих систем с учетом затрат на реализацию природоохранных мероприятий;

- результаты исследований автора использованы в ЗАО «ВЕСКОМ» (Бессоновский компрессорный завод) и в ЗАО «ПРОМЭНЕРГОНАЛАДКА».

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждена применением основных уравнений механики жидкости и газа при разработке газодинамических моделей закрученного потока, а сами решения соответствующих задач осуществлены классическими методами математического анализа.

Экспериментальная часть исследования базируется на общепринятых методиках с применением стандартных средств измерительной техники. Результаты наблюдений автора хорошо согласуются с данными, имеющимися в технической литературе и результатами собственных экспериментов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Международной конференции и 5-ом международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов (Москва, 2001г., МГУИЭ); научной конференции «Техника низких температур и

экология» (Москва, 2002 г.); Международной конференции «Математические методы и технологии» (Ростов-на-Дону, 2003 г.); Международной конференции «Машиностроение и техносфера XXI века» (Севастополь,2003 г.); Международном симпозиуме «Межрегиональные проблемы экологической безопасности» (Сумы, 2003 г.); Международной научно-технической конференции «Насосы, проблемы и решения» (Москва, 2003); Международной научно-технической конференции «Насосы, эффективность и экология» (Москва, КВЦ «Сокольника» 2005,2006,2007,2008 г.г.).

Личный вклад автора. Автору принадлежат постановка проблемы и задач исследований, разработка, обоснование и формулировка всех положений, определяющих научную новизну и практическую значимость, постановка экспериментов, анализ и обобщение результатов, формулировка выводов и рекомендаций для принятия решений. В совместных публикациях автору принадлежит до 80 % результатов исследований.

По теме диссертации опубликовано 53 печатных работы, из которых 4 учебных пособия, 28 статей в периодических изданиях из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка используемой литературы и приложения. Содержание диссертационной работы изложено на 240 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 39 графиков, 5 таблиц и список использованных источников литературы, включающий 164 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, намечены объекты исследований и методы решения поставленных задач.

В первой главе анализируются имеющиеся в технической литературе данные по тематике диссертации, рассматриваются конструктивные особенности аппаратов вихревого типа для очистки отходящих газов от вредных примесей, приводятся примеры газодинамических моделей закрученных течений. Особенно интенсивным изучение вихревых течений связано с попытками объяснить эффект Ранка. Исследованиями в этом направлении занимались отечественные ученые Дубинский М.Г., Мартыновский B.C., Бородянский В.И., Мартынов A.B., Меркулов АЛ., Голыптик М. А., Суслов А.Д., Чижиков Ю.В., Азаров А.И., Пиралишвили Ш.А., Арбузов В.А., Алексеенко C.B., Леонтьев А.И. и многие другие. Отдельные фрагменты этих работ приводятся ниже. Теория концентрированных вихрей подробно рассмотрена в работах Алексеенко C.B., Кульбина П.А., Окулова В.Л. (2005). Пиралишвили Ш.А. (1990) считает, что перераспределение энергии происходит в результате совершения турбулентными молями микрохолодильных циклов при их радиальном перемещении в поле с высоким градиентом давления. Арбузов В.А. и др. (1997) наблюдали крупномасштабные гидродинамические структуры. По мнению авторов, в настоящее время имеются достаточные основания для предположения о принципиальной роли крупномасштабных вихревых структур в эффекте Ранка. Чижиков Ю.В. (1998) замечает, что при отсутствии точных решений уравнения движения в камере разделения в некоторых случаях

результата можно добиться методом анализа размерностей. Гусев А.П. (2004) полагает, что в рабочей камере возникают продольные и поперечные ударные волны, при этом турбулентность рассматривается как некий наложенный микропроцесс. По мнению Азарова А.И., Пиралишвили Ш.А. (2005) семидесятилетний спор о физической природе эффекта Ранка не завершен. Наиболее проработанной на данный момент является гипотеза взаимодействия вихрей.

Таким образом, единая точка зрения исследователей заключается в том, что отсутствует общая теория вихревого эффекта, существуют различные гипотезы, происходит накопление теоретического и экспериментального материала. В результате, в основе известных методов расчета лежат эмпирические соотношения.

Вторая глава посвящена гидродинамике аппаратов с закрученным движением фаз. В первом приближении рассмотрено вращательное движение газа при наличии равномерно распределенного радиального потока, направленного к оси вращения. Ограничимся случаем, когда газ движется с дозвуковой скоростью при числе Маха М < 0,5 и его можно считать несжимаемой средой, что характерно для ВТНН, циклонов, вихревых водокольцевых компрессоров. Так как основным параметром, определяющим энергетические показатели эффективности аппарата является его гидравлическое сопротивление Д Р, главное внимание уделено определению этой величины.

Для решения задачи использована абсолютная цилиндрическая система координат г, ф, г. Рассмотрено установившееся течение вязкого несжимаемого газа между двумя цилиндрическими поверхностями 7?ь Я2, (#1 > вращающихся соответственно с угловыми скоростями он, Шг- Торцевые крышки удалены в бесконечность и не оказывают влияние на общую картину течения. Без учета сил тяжести уравнения данного осесимметричного движения газа в цилиндрической системе координат предстанут как

сЬ>. V* 1 ¿р 1 сЬ. V. —г.—* =----+ —---—£

Л- г р с1г \с1г г <1г г

сЬ V ■ V

' Л 1 \

и V 1 ВУ V

ф 1 ч> <р

<1г2 г с/г гг

(1)

Значение V, может быть вычислено из уравнения расхода, удовлетворяющее уравнению неразрывности. Оценим интенсивность радиального течения как к = -уг1 -^/у . В итоге второе уравнение системы (1) запишется в виде

г2-Г;-(а-1)Т-У;-(Л+1)-Уф = О, (2)

Решение уравнения (2) имеет вид

ч^.г^-с^к + гуг). (3)

Постоянные интегрирования определим из условия: г = /?ь уф = к»! • /?1; г = У?2, V,, = т2- #2 - Из уравнения (3) с учетом граничных условий для тангенциальной компоненты скорости получена формула

к+2

!-(сО|- я? - а>2 • R22)+ (m2 • Rk, -ю, • ^)- R\ ■ R\

При отсутствии радиального перемещения жидкости, когда рассматривается движение текучей среды между двумя непроницаемыми цилиндрами, к — О и соотношение (4) трансформируется в выражение, полученное ранее Таргом С.М. и хорошо известное из технической литературы.

Результаты вычислений показывают, при движении газа к центру под действием градиента давления, характерному для потока в циклонах и вихревых трубах скорость его вращения повышается. На рис.1 графически представлены результаты вычислений величины v,, при различных значениях к для случая, когда проницаемые цилиндрические поверхности вращаются с одинаковой угловой скоростью Ш1=ю2. Полученные данные свидетельствуют о том, что с увеличением значения к течение асимптотически приближается к потенциальномуv^• г = const. Таким образом, потенциальный вихрь формируется не сразу, а при условии, что к »2, при этом течение становится автомодельным.

Перейдем к определению давления, которое нужно создать у внешней проницаемой цилиндрической поверхности для того, чтобы преодолеть центробежную силу вращения. Задача вычисления давления в общем виде решается интегрированием первого уравнения исходной системы (1) при известных значениях vr, v9. В случае вращения потока как квазитвердого тела уф = ш • г

= (5)

Rir 1

Течение жидкости к оси закрутки возможно, очевидно, если у периферии давление Р > Р0. Учитывая сложный характер зависимости (4) прямое интегрирование первого уравнения системы (1) приводит к весьма громоздким результатам и поэтому не представлено. Произведен расчет величины Р приближенно, используя предельное значение v, , при к » 2. После интегрирования и соответствующих преобразований давление в относительной форме вычисляется как

Рис. 1 Распределение окружной скорости в кольцевом зазоре, образованном вращающимися цилиндрами с пронизае-мыми стенками при □] = = Ог = О; Я,т2 =2; 1" к=1,2 к=10,3" к=100

P/P0 = (RjR2f

(6)

Установлено, что независимо от способа создания закрученного течения общая структура окружного потока в них сходна и может быть представлена принципиальной схемой (рис.2).

На наличие двух вихрей - центрального и периферийного - указывается в многочисленных работах. Пристенная зона обычно полагается малой и исключается из анализа. Однако, именно в этой области поток полностью затормаживается, проявляются усилия сдвига, на преодоление которых расходуется энергия вихря. Рассмотрено закрученное движение несжимаемой среды в цилиндрической системе координат (рис.2) у стенки аппарата вдали от торцевых крышек.

За пределами анализируемого участка течение полагается установившимся, а интенсивность радиальных перемещений настолько большой, что их влияние на величину окружной компоненты уф пренебрежимо мало, т.е. уф т = const.

1 2

Иф.______________ I II III

V<p=C0r / "iW Y„=c/r

/R

« / R°

Vr

Рис.2. Структура закрученного потока в аппаратах вихревого типа: I- центральный вихрь квазитвердого вращения; И - потенциальный вихрь; III - пристенная зона

Рис.3. Схема потоков в вихревой трубе

Принято, что в пределах пограничного слоя толщиной 5 радиальная составляющая скорости vr = О, течение считается установившимся и осесиммет-ричным, т.е. отсутствуют производные по угловой координате <р. Таким образом уравнение неразрывности преобразуется в выражение dvz/8z =0, откуда v2 = const в пределах 5. На стенке v2 = 0, следовательно, это условие справедливо и для всего пограничного слоя .Для определения окружной составляющей скорости уф в области (R- 5) < г <R из уравнения движения с учетом сделанных допущений получено дифференциальное уравнение второго порядка

r2-v; + r-v;-v, = 0, (7)

Q

решение которого vp = — + С4 • г

Постоянные интегрирования С3, С4 находятся из условий прилипания: г - Л, уф=0;г=Д-5, = Окончательно, для вычисления азимуталь-

ной компоненты получено соотношение

уф=[ш0/го2/(2-«-5-52)Н(й2-г2)/4 (8)

Неизвестная толщина пограничного слоя 5 может быть найдена из условия, что касательное напряжение на внешней границе тГф равно скоростному напору внешнего течения р Для определения величины хщ использован закон вязкого трения Ньютона и известное распределение по радиусу азимутальной составляющей скорости уф (8)

тлр =-2-Ц-со0 /(2-Я-8-82), 5 = Л-(л/Ке0/(Яе0-4)-1) (9)

Гидравлические потери в пристенной зоне (Я - Ь) < г < Л с учетом соотношения (9) найдены как

% = («о/Я)2 • [4+ («Ж -4)-4-А/ЯЖ-4)]. (10)

Для определения параметров модели е>0 и 11п вычислим градиент давления из первого уравнения движения (1)

уЦг^/р^Р/Ф (11)

На входе в вихревую камеру К\ окружную составляющую скорости потока определим из уравнения расхода <2- Интегрирование уравнения

(11) дает возможность вычислить перепад давления АР в слое Я, < г < , как А/>=/>-/>„ = (р • VI,/2)- 1(Д,/Д0)2 Ч (12)

Величина АР часто известна или может быть измерена. При выбросе газа в атмосферу, что как правило наблюдается, АР равно избыточному давлению на входе в вихревой аппарат. Решая равенство (12) относительно Я, и используя известное распределение азимутальной компоненты скорости уф1 -Л, = -Л0, получим значения искомых параметров ш0, Л0. Введем

коэффициент давления как отношение ДР к динамическому напору Р = 2АР/р\^ . Тогда

Л0 =Я, -Ш + Р) , <°0 + (13)

Представленные результаты дают возможность оценить влияние основных геометрических и режимных параметров вихревого аппарата на его гидродинамические свойства.

При периферийной подаче газа в цилиндрическую камеру разделения поток тормозится на внешней стенке выхлопного патрубка радиуса Лп в узком пограничном слое 6. Будем считать, что патрубок Яп находится в пределах Я0, в котором течение подчиняется закону вращения твердого тела.

Исходя из допущений, аналогичным предыдущим, для вычисления азимутальной скорости у поверхности выхлопного патрубка У?п вихревого аппарата, получены соотношения

г »24 г-Еп.

\

5 = Д,-(л/1 + 4/Ке„-1) ; ^ = (1 + 4/Яел). (14)

На основе исходной системы уравнений (1) проведен качественный анализ течения газа в вихревой трубе. Расчетная схема представлена цилиндрическим элементом радиуса Я и длиной Я, в которой закрученное движение газа создается вихревым завихрителем 1 (рис.3). Дроссельное устройство представлено упрощенно в виде плоского неподвижного диска 4, установленного с некоторым кольцевым зазором для периферийного отвода нагретого потока с расходом Qг. Охлажденные слои в количестве отводятся с противоположной стороны через центральное отверстие 2. Таким образом, в камерг разделения 3 сформированы два осевых течения, движущихся навстречу друг другу. Наличие неподвижного дроссельного диска создает дополнительное осевое течение интенсивностью £>0, циркулирующее в пределах вихревой трубы.

Анализ течения газа в разделительной камере проведен при принятых ранее допущениях, полагая, что толщина пограничных слоев пренебрежимо мала, а турбулентность характеризуется параметрами турбулентной вязкости ц, и теплопроводности X*.

Добавим к системе (1) уравнение энергии

сГГ X, ¿Т) ф

р-с -V,--- —---Г--+УГ • — +

с1г Г (¡Г \ с1г) (¡Г

Граничные условия формулировались на оси ВТ (г = 0) и у стенки (г = В.). При этом полагалось, что пограничные слои имеют малые, но конечные величины. Для оценки турбулентной вязкости ц, использовалась гипотеза Прандтля о длине пути перемешивания. Размер центральной зоны г = е- К в общем случае может быть отождествлен с размером центрального вихря квазитвердого вращения Яв. Затем полагалось, что механизмы обмена количеством движения и теплотой в турбулентном потоке сходны, турбулентное число Прандтля можно принять Рг =1,0 для воздуха. Кроме того, в анализ вводились аппроксимирующие соотношения для ряда величин, используя принцип аналогии.

Необходимость таких допущений связана с более сложной структурой вихревых потоков, вызванной, в том числе, интенсивными продольными течениями, внутренней циркуляцией среды, не учитываемыми в ранее рассмотренных случаях. Тем не менее, численный анализ результатов полученных соотношений показал, что расчетные данные качественно, но не количественно отражают реальную обстановку в вихревых трубах. Последнее может быть связано с потерей устойчивости закрученного движения среды.

Будем считать, что вихревой поток не меняет направление вращения, что обычно характерно для аппаратов с закрученным движением фаз, когда свободный и стесненный вихри вращаются с разными угловыми скоростями, но

в одну и туже сторону. Примем для удобства, что V, > 0 и, следовательно, Ю1>0,

И

ййг

(15)

со2 > 0, со > 0. Для определения устойчивости течения по упрощенной методике Релея получено соотношение

dv^/dr + v^/r > 0 . (16)

Рассмотрим общий случай движения частиц между двумя слоями жидкости, вращающимися с произвольными угловыми скоростями соь со2. Воспользуемся формулой (4) для вычисления компоненты г>ф и выразим через нее левую часть неравенства (16).

Геометрически {rjR2)>l, (Я1/Яг)>1 и знакообразующим соотношением остается неравенство

(А + 2)-[ю,-(RjRjf -ю2] >0 . (17)

Проведенный анализ показывает, что закрученное течение теряет устойчивость в двух случаях. Во-первых, когда радиальная скорость потока приобретает значения, характерные для условия к ~2 и выражение (17) становится тождественно равным нулю. Во-вторых, когда внутренние слои закрученного потока начинают вращаться быстрее внешних в соответствии с неравенством

co2>GV(№)2. (18)

Полученный ранее результат (17) позволяет констатировать потерю устойчивости на границе приосевой и периферийной зон (И), где значение параметра к при радиальном движении к центру возрастает по абсолютному значению от нуля (рис.4). Введем критерий потери устойчивости как

v

Рассмотрим приосевую зону квазитвердого вращения I (рис.4). Профиль окружной компоненты скорости представлен соотношением уф = со • г.

Область устойчивых течений (16) в этом случае определяется неравенством 2со>0, которое выполняется во всех случаях, поскольку исходно было принято, что со > 0. Таким образом, течение в зоне I устойчиво. В пределах свободного вихря III, внутренние слои вращаются с большей угловой скоростью, чем внешние, со2 > ® i и следовательно, неравенство (16) может быть нарушено. Из отмеченного следует, что в зоне III, во всяком случае, в отдельных её частях, поток теряет устойчивость. В самом общем случае, используя закон распределения скоростей потенциального течения v9-c/r находим, что неравенство (16) в зоне III нарушается, поскольку его левая часть тождественно равна нулю. Используя введенное понятие критерия потери устойчивости, вычислено значение vr по параметрам эксперимента, vr =4,4-10'3 м/с. В литературных источниках представлены данные о распределении составляющей скорости vr по радиусу рабочей камеры вихревой трубы. Данные вычислений показывают, что зона потери устойчивости (II) сосредоточена в весьма узкой области на границе свободного и стесненного вихрей.

Рис.4. Схема вращения газа в вихревой трубе:1.Область квазитвердого вращения; II. Область неустойчивости на границе приосевой и периферийной зон; III. Периферийная зона неустойчивого течения

Указанное оправдывает название «вихревая нить», данное этому явлению исследователями, наблюдавшими вихревые контуры визуально. Полученные результаты позволяют представить процесс перераспределения энергии от центральных слоев к периферийным, образованием вихревых циркуляционных структур на границе зон в приосевой области, с последующей их диссипацией на периферии. Проведенный анализ позволяет теоретически обосновать и объединить ряд гипотез, объясняющих

природу эффекта Ранка, в частности о взаимодействия вихрей, о совершении турбулентными молями микрохолодильных циклов, поскольку существуют зоны сжатия и расширения (рис.4), возникновению ударных волн.

Результаты анализа гидродинамики аппаратов с закрученным движением фаз сравнивались с данными непосредственных измерений, имеющихся в технической литературе. При этом основной целью являлось установить, в какой степени полученные соотношения корреспондируются с имеющимися, апробированными данными. В качестве объекта сопоставления выбраны хорошо изученные, широко применяемые на практике циклоны ЦН-15. Общее гидравлическое сопротивление циклона представлено в виде суммы

ЛР = ДР1+Л/>2+ДР3+ДР4+Д/,5, (19)

Расчет был произведен для потока воздуха при нормальных условиях и условной скорости газа 4 м/с.Гидравлические сопротивления на входе в циклон АР\ и на выходе ДР5 вычисляются по формуле Дарси. Скорость потока в подводящем патрубке определена из уравнения расхода. Заметим, что значение скорости потока на входе vM при тангенциальном вводе соответствует окружной составляющей скорости уф| = vEX • cosa, где a - угол наклона входного патрубка.

Гидравлические потери на трение у стенки цилиндрического корпуса АР2 вычислены с учетом соотношения (9). Величина АРг, в основном, определяется параметрами центрального вихря <а0, Ra, который расположен в зоне выхлопного патрубка Rn . Пограничный слой у его поверхности крайне тонок, что подтверждают вычисления по формуле (14) и с достаточной для практических расчетов точностью можно принять, что R0 = Ra ■

Гидравлическое сопротивление вращающегося слоя AP¡ найдено по формуле (6).

Потери на трение у поверхности патрубка АР4 вычислены из (14), полагая что 4/Re «1.

Результаты вычислений сведены в таблицу 1

Таблица 1

Б дя, АРг ДРз АР4 ДР5 АР ДРн Л/УДР Д%

300 89,8 73,4 949,6 223,2 92,3 1428,3 1517 0,665 5,8

400 93,3 78,7 989 238,2 93,5 1492,7 1517 0,663 1,6

500 97,:3 83,2 987 247,5 89,5 1504,5 1517 0,656 0,82

600 104 89,9 1024,4 264 89,8 1572 1517 0,652 3,6

1400 113,5 100,4 1026,5 285,5 83,9 1609,8 1517 0,638 6,1

По тем же соотношениям вычислено гидравлическое сопротивление ВТНН. Расхождение замеренных и вычисленных значений не превышает 2%. Таким образом, все рассмотренные в главе 2 гидродинамические модели приемлемы, поскольку их результаты использовались в данных вычислениях и дали хорошее совпадение с общепризнанными данными.

Проведенные вычисления позволяют определять вклад отдельных составляющих в общий баланс гидравлических потерь в вихревом аппарате. Как оказалось, наибольшее влияние на суммарное значение АР оказывает сопротивление вращающегося слоя газа (более 60%). Знание этой величины тем более необходимо при анализе гидродинамической устойчивости закрученного потока, поскольку именно ДРэ используется в расчетах. В технической литературе, как правило, приводится общее гидравлическое сопротивление аппарата АР.

Третья глава посвящена исследованию эксплуатационных характеристик вихревой трубы низкого напора. В вихревой трубе создается интенсивная закрутка входного потока газа, что может быть использовано для придания изучаемому устройству дополнительных функций пылеуловителя и воздухоосушителя. В данном исследовании упор делается на изучение характеристик вихревой трубы при низких напорах поступающего воздуха. Как оказалось, температурные показатели холодного ( Г,» 0...-4°С) и горячего потоков (7> 40°С)- вполне приемлемы для их использования в случаях, когда не требуется глубокой степени охлаждения. Следует отметить, что достаточно низкие давления Рс ~ 1,75-105 Па не требует привлечения высоконапорной компрессорной техники. Отмеченное выше обстоятельство упрощает конструкцию системы, снижает расход энергии и расширяет область применения вихревых труб. Экспериментальный стенд оснащен высокотехнологичным комплексом контрольно-измерительных приборов, интегрированных с программным обеспечением. Для исследования влияния запыленности воздуха на процесс температурного разделения газа был спроектирован, изготовлен и испытан опытный образец вихревой трубы (ВТНН), являющийся основным блоком экспериментального стенда.

Одним из главных преимуществ вихревых аппаратов по сравнению с традиционными парокомпрессионными холодильными машинами является их практически полная безинерционность. С целью определения динамических характеристик вихревой трубы были проведены испытания опытного образца ВТНН, результаты которых представлены на рис. 5 (зависимости Тх = _ДТ) и Тг = Дт)). Видно, что после выхода вихревого аппарата на рабочий режим (менее 5 минут) переходы на следующие температурные режимы, вызванные уменьшением давления на входе Рс, составляют 2-3 минуты. Таким образом,

результаты экспериментов подтверждают практически малую инерционность вихревых труб. Исходя из уравнения энергии, записанного для рассматриваемого вихревого течения было показано, что вихревой эффект может быть представлен системой обобщенных параметров в виде зависимости

Ес = /(Еи,Рг,) . (20)

Принимая для воздуха Р1у=1, зависимость (20) предстанет в виде Ес = /(Ей). Результаты экспериментов по изучению эффективности низконапорной вихревой трубы в обобщенном виде представлены на рис. 6. Окончательно найдено, что

Ее =165Еи0,4. (21)

Следует отметить хорошую сходимость результатов отдельных измерений и ярко выраженную тенденцию влияния величины Ей на число Ее. Отсутствие расслоения в данных эксперимента указывает на то, что в заданных пределах зависимость достаточно корректно описывает реальную обстановку и влияние других факторов является не ощутимым с практической точки зрения.

Рис.5 Инерционные характеристики вихревой трубы

Рис.6 Обобщенные характеристики вихревой трубы в критериальном виде

(нагретый и холодный потоки) Соотношение (21) получено на основе измерений температуры холодной части потока газа. Аналогичные расчеты по параметрам нагретой части потока подтвердили возможность применения равенства (21) и в этом случае. Расхождения результатов не выходят за пределы точности измерений. Для искусственного запыления потока в эксперименте использовался таль-комагнезит молотый ТМП, ГОСТ 19728.4-74. Медианный диаметр талька ра-

вен 650=10 мкм. Экспериментальные исследования по определению влияния запыленности начинались с опытов, в которых осуществлялся импульсный ввод пыли в поток сжатого воздуха. Следует отметить, что импульсный ввод является наиболее неблагоприятным режимом работы для пылеуловителей. В результате эксперимента, установлено, что после ввода пыли в поток сжатого газа отклика на кривых температур потоков охлажденного и нагретого воздуха не наблюдается. Эксперименты проведены как на режиме максимальной холодопроизводительности, так и при максимальной производительности по теплу. Во второй серии экспериментов подача пыли в вихревой аппарат осуществлялась шнековым питателем. Время импульсного ввода отмечено вертикальными линиями на графике рис.7. Как видно из представленных данных характер температурных кривых при этом не изменился.

Обобщение результатов по исследованию влияния постоянной исходной запыленности Z на степень сепарирования т\сец ВТНН представлено на рис.8. Отклонение экспериментальных данных от среднего значения Д = ± 1 % является удовлетворительным. Снижение значения Т1сеп = 95 % можно объяснить вторичным уносом из пылесборника, поскольку при степени закрутки, характерной для вихревой трубы и ее размеров следует ожидать Ti«n г 100 %.

По результатам эксперимента предложена принципиальная схема комбинированной системы очистки, нагрева и охлаждения воздуха на базе вихревой трубы(КСОНО) (рис.9). При этом в зависимости от превалирующих требований пользователя возможно акцентировать функциональность установки на пылеулавливании или поддержке определенного температурном режиме.

Рис.7 Влияние импульсного ввода пыли на температуру нагревого Тт и охлажденного Гх потоков

-1 1 И 1. М 1-1 и

и Ш ИЮ 140 ЭТО МО

а < о^иг* иЧ « м'Ч итв^в: голгпт' м'гч.

• (ИЛ»'

Рис.8. Оценка эффективности пылеулавливания вихревой трубы

Расширение диапазона применения вихревых труб в промышленности, как было показано, достигается путем придания им дополнительных функций очистки воздуха от пыли.

Рис. 9. Принципиальная схема КСОНО воздуха на базе вихре-рого аппарата: ВТ - вихревая труба; КМ - воздушный компрессор; ТО - теплообменник; 3 с - сжатый воздух; 3 г - горячий поток воздуха; 3 х - охлажденный поток воздуха. Эффективность вихревого аппарата как пылеуловителя оценивали из баланса сил, действующих на частицу пыли. Граничное зерно разделения на радиусе диафрагмы по параметрам эксперимента с1= 1 мкм.

Полученные данные указывают на высокую пылеудерживающую способность вихревых труб. В особо чистых производствах, например, электронных, микробиологических технологиях требуется не только чистый, но и сухой воздух. В соответствии с зависимостью (20) введем в анализ переменную Ет как Ет= Ее •Еи = ДР/'р ср ДГ. Полученный безразмерный параметр Ет представляет собой отношение затраченной потенциальной энергии давления к реализованной тепловой.

Экспериментальные данные показывают, что на влагосодержание выходного горячего потока <рг и холодного срх оказывают влияние как влажность на входе <ри, так и относительная доля холодного потока т. В результате окончательная обработка результатов эксперимента предполагается в виде

<Рг.х=ЛЕт*-Р,;Ч;х-™<. (22)

Проводились серии опытов, в каждой из которых исходное влагосодержание воздушного потока фах оставалось неизменным, а варьировалась величина т. Влагосодержание на входе фвх затем изменялось от 40% до 90%. Аналогичные серии экспериментов осуществлялись при различных давлениях на входе в вихревую трубу Рвк, но при неизменной температуре Гвх. В целом можно заключить, что исходная влажность воздушного потока не оказывает существенного влияния на температурную эффективность вихревой трубы.

Более наглядно полученный вывод иллюстрируют данные, графически представленные на рис.10. Как видно, величины г|т и т| падают с увеличением влажности <ри, но весьма незначительно в пределах 2-3%.

Таким образом, в практических расчётах с точностью до 3% влияние относительной влажности входного потока на тепловые характеристики вихревой трубы можно не учитывать.

ТО

Чт.П %

Рис.10. Влияние исходной относительной влажности сжатого воздуха ф„, на максимальные значения коэффициента температурной эффективности т]т и адиабатического КПД я. ПРИ температуре воздуха на входе Тж = 13°С, давлении Рвх = 1,6-105 Па и массовой доли холодного потока т = 0,53.

100 Чв.%

Окончательная обработка результатов наблюдений осуществлялась в безразмерном виде. Обобщающие графики в соответствии с зависимостью (21) при Рг,=1 представлены на рис.11. Разброс данных вызван, главным образом, проблемами стабилизации и измерения влагосодержания потоков.

фг = 0,15 • Ет^'12 • <р°;15 • го"0'4, (23)

Фх = 0,36 • Ет°'05 • ф°;'5 • т0,35, (24)

где параметры варьировались фвх = 0,38...0,92 , т =0,44...0,61, безразмерное число Ет, по характеристиками горячего ЕТг и холодного ЕТх потоков изменялись в пределах Етх=1,62..5,36; ЕТг=4,25..9,67.

0,1

0,01

^(Ш-Кп-

Етх,Етг

Рис. 11. Обобщение результатов по исследованию влияния режимов эксплуатации вихревой трубы на влагосодержание охлаждённого и горячего потока. В указанных пределах относительная влажность нагретого и охлаждённого воздуха достигала значений фг = 0,10...0,32, фх = 0,39...0,66, Рвх=1,2.. 1,8-105Па, Тш = 13°С.Методика определения влагосодержания выходных потоков может выглядеть следующим образом. В зависимости от пос-

18

тавленной задачи формулируются исходные данные. Например, при исходном влагосодержание фвх, заданном перепаде давления АР, расходе газа (), с известными параметрами ср, р требуется определить влагосодержание фг и <рх.

Геометрия вихревой трубы полагается известной: ¡.Определяется окружная скорость газа на входе в вихревую трубу уф. 2. По соотношению (24) вычисляется разность температур на горячем и холодном концах камеры разделения вихревой трубы Д7'г, Д7Х. 3. Вычисляется число Ет. 4. Задаёмся отношением расходов холодного и горячего потоков т. Поскольку максимальный КПД вихревой трубы во всех случаях лежит в области т = 0,5, принимаем эту величину как расчётную. 5. По соотношениям (24), (25) вычисляются искомые значения фг, фх.

В производственных условиях, как правило, геометрические и режимные параметры вихревой трубы, например, работающей в системе кондиционирования зафиксированы. Однако параметры потока на входе меняются, например влажность фвх, температура и возникает необходимость пересчета. Следует заметить, что комплекс полученных соотношений позволяет решать задачи самого разнообразного характера и, в зависимости от поставленной цели, уже на стадии проектирования, задать эксплуатационные параметры вихревой трубе.

В заключении следует заметить, что основная задача экспериментальной части исследований выполнена. Установлено, что входные параметры воздушного потока, запыленность, влагосодержание практически не влияет на термодинамическую эффективность вихревой трубы, работающей при пониженных давлениях на входе Ре < 0,3 МПа. При этом, температура выходных потоков, главным образом охлажденного Т%я 0°С, вполне приемлема для промышленного использования. Если рассматривать ВТНН как пылеуловитель, т.е. циклон, фракционную сепарирующую способность аппарата следует устанавливать по хорошо разработанным и известным методикам, имеющимся в технической литературе.

В четвертой главе рассмотрена возможность использования вихревого компрессора в системе газоочистки.

Известно, что при очистке воздуха от пыли, необходимой в системах кондиционирования, вентиляции, особенно помещений электронной, фармацевтической и многих других высокотехнологических производств, наиболее трудно улавливаются мелкие частицы. Применение циклонов позволяет отделить большую, но сравнительно крупную фракцию. Наиболее мелкие частицы, обладающие малой скоростью витания, в поле центробежных сил не сепарируются, что по существу определяет предел применимости инерционных пылеуловителей.

Проблема может быть решена применением двухступенчатой газоочистки, например, реализованной в орошаемых циклонах. Перспективным представляется сочетание инерционного пылеуловителя и вихревого водоколь-цевого компрессора (ВВК), которому придаются дополнительные функции сепаратора мелкой фракции. Последнее предложение может быть реализовано по следующей принципиальной схеме (рис.12)

of

Рис.12 Схема комбиниро-

ЗГ ванной системы очистки газа:1.Водокольцевая воздуходувка; 2. Дегазатор; 3. Циклон; 4. Бункер;

5. Охлаждающее устрой-ство;ЗГ- загрязненный

газ; ОГ- очищенный газ; ЧЖ-чистая жидкость

сброс

При организации очистки газа по предлагаемой схеме необходимо осуществить отвод загрязненной запирающей жидкости из полости машины 1 в систему регенерации 2 или на сброс. Равное количество осветленной или чистой рабочей среды следует направить в вакуумную зону газодувки.

В соответствии с целями исследования создана экспериментальная установка, включающая ВВК, систему регенерации циркулирующей жидкости, аналитический аэрозольный фильтр АФА ВП-20, регулирующие вентили, шнековый питатель пыли, привод электродвигателя, а также необходимый комплекс контрольно-измерительных приборов. Основным блоком экспериментального стенда является опытный образец водокольцевой воздуходувки, который был изготовлен на базе серийной установки ВВН-8. Для визуализации процессов происходящих в рабочей полости водокольцевого компрессора опытная установка была изготовлена с узким рабочим колесом, передняя лобовая крышка была выполнена из органического стекла.

Степень рециркуляции запирающей жидкости Q = Q/V , где Q (м3/с) -объемный расход циркулирующей жидкости, V(м3) - объем рабочей зоны водокольцевого компрессора, изменялась в пределах £>=0,015; 0,03; 0,045;0,06 с"1. Для искусственного запыления потока в эксперименте использовался талькомагнезит молотый ТМП, ГОСТ 19728.4-74. Медианный диаметр талька равен 55о =25 мкм. В экспериментальных исследованиях по определению влияния запыленности на характеристики водокольцевой воздуходувки подача пыли осуществлялась шнековым питателем.

На рис. 13 показано влияние степени рециркуляции рабочей жидкости (воды) Q =0,015; 0,030; 0,045; 0,060, с'1 на коэффициент полезного действия л при различных запыленностях Z\ =0; Z2= 65; Z3 = 120; Z4 =180; Z5 = 250 г/м3.

32 28 24 20 16 12

0,045 . з * Z 4 * Z 5

0,06

0,015 0,03

Я Z¡ • Z2 ♦ Z i

Рис.13. Влияние запыленности газа на КПД опытного водокольце-вого компрессора

1. Степень рециркуляции 0 = 0,015 с'1

Цсеп, %

loo,»

99,9 99,8 •

О 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 _ Z , г/м 3

2. Степень рециркуляции Q = 0,03 с"1

t]c*>. %

100,01

О 25 .50 75 100 125. 150 .175 200 225 250

Z , г/и 1

3. Степень рециркуляции Q = 0,045 с *' >/«•». %

99,8

о 25 50 75 100 125 150 175 200 225 : 250

Z , г/м3

4. Степень рециркуляции Q = 0,06 с"

t]ce».%

íoo.of

О 25 50 75 loó 125 150 175 230 225 250

Z, г/и 3

Рис.14. Оценка эффективности пылеулавливания ВВК

Характер кривой г) = j{Q) совпадает с данными измерений, проведенными на чистой жидкости. Таким образом, несмотря на широкий спектр изменения запыленностей от 0 до 250 г/м3, можно утверждать, что запыленность не оказывает влияние на рабочую характеристику машины. Влияние Z г/м3 запыленности на степень сепарирования г|се1„ при различных режимах рециркуляции представлено на рис. 14. Опытами установлено, что степень улавливание загрязняющих твердых примесей Т|ссп достаточно высока и при определенных режимах достигает « 100% в пределах точности измерений. Полученные графические зависимости имеют характерный перегиб в области Z0, когда г|ссп начинает отличаться от максимальной г)ССП. Однако эти уменьшения значения ticcn не существенны.

Водокольцевой компрессор должен создавать достаточное давление на периферии жидкостного кольца для преодоления гидравлического сопротивления сети рециркуляции. Давление на входе в рециркуляционную сеть Рк находилось суммированием давлений, создаваемых жидкостным кольцом на участке от радиуса рабочего колеса RK до свободной поверхности жидкости Ro(Pm) и на интервале от внутреннего радиуса рабочей полости до RM{PMK) (рис.15).

Для решения задачи использовалась абсолютная цилиндрическая система координат. Движение жидкости считается установившимся и осесиммеггрич-ным. Радиальные течения образованы рециркулирующим потоком с объемным расходом Q?, который равномерно распределен по ширине рабочего колеса Н. Считается, что жидкость между лопатками рабочего колеса вращается без проскальзывания как квазитвердое тело = а-г. В этом случае давление вычислится по хорошо известному соотношению

ifc-^-fe-tf) (25)

Радиус свободной поверхности жидкостного кольца R0 определяется из того положения, что при эксплуатации машины запирающая среда не должна попадать в газовые полости (рис. 15). В качестве граничных условий общего решения (3) для данного случая принято: при r = Ru, v„=0;при r = fiK, ^=0)-%.

••i < Ro » —г

Rí: • ' Н

„ Rn

Ор - t - 1

■у,.г. -у . '

Рис. 15. Расчетная схема: Л„, К, радиусы корпуса машины, рабочего колеса, свободной поверхности жидкости кольца; Я - ширина рабочего колеса;(2Р-интенсивность рециркуляции

Давление определяется из первого уравнения системы (1) в предположении, что определяющую роль в создании напора на периферии жидкостного кольца играет центробежная сила. Тогда

Избыточное давление, вычисленное по соотношениям (25), (26), является максимально возможным при данных геометрических и режимных параметров водокольцевого компрессора, при котором жидкость не попадает в воздушные окна. В противном случае, происходит «захлебывание» и эксплуатационные характеристики машины резко падают. Было проведено сопоставление данных непосредственных измерений с величиной расчетного предельного давления Рр при одних и тех же условиях. Избыточное давление, определенное по показаниям приборов Ра = 0,8 • 105 Па хорошо согласуется с вычисленным Рр = =0,83 • 105 Па.

Экспериментально установлено, что наличие твердой фазы в исходном газовом потоке до величины 2 < 250 г/м3 не приводит к изменению рабочей характеристики ВВК. Степень рециркуляции запирающей жидкости Q, как оказалось, мало влияет на общий КПД машины и, в первом приближении, может не учитываться в расчетах. Таким образом, вычисление геометрических и режимных параметров ВВК может производиться без учета этих двух факторов. При этом, рассмотрим два возможных варианта - параметры сети (требуемый напор Нс и расход 0С) известны или нет.

В первом случае: 1.По известным параметрам сети Яс, ()с подбирается ВВК с использованием, например, каталога Бессоновского компрессорного завода (ЗАО «Веском»), который выпускает машины рассматриваемого типа. 2. По каталогам, например, НИИОГАЗ выбирается тип циклона, удовлетворяющий входным характеристикам водокольцевого компрессора. 3. Вычисляется гидравлическое сопротивление контура рециркуляции. 4. По формулам (25), (26), (27) и геометриическим параметрам ВВК определяется предельно допустимое Р„ на периферии рабочей полости водокольцевой машины. 5. Вводятся коэффициенты запаса щ =1,2 - 1,3. 6. Вычисляется допустимое давление Рд -Ри / п3. 7. Делается вывод о целесообразности использования дополнительных источников напора. Если Ри > Ря , водокольцевой компрессор в состоянии обеспечить рециркуляцию запирающей жидкости, в противном случае, т.е. Р„ < Рд , необходимо использовать дополнительный источник давления.

Во втором варианте предварительно рассчитываются параметры воздушной сети по величине требуемого напора Я и заданному расходу Q, подбирают ВВК и затем ведут расчет по ранее описанной схеме.

В некоторых производствах приходится эксплуатировать оборудование в условиях запыленности, что значительно ухудшает условия труда и приводит к

X

(26)

увеличению риска профессиональных заболеваний обслуживающего персонала. Это, прежде всего, складские помещения хранения сыпучих, порошковых материалов, их транспортировка, расфасовка, производства керамических изделий, некоторых видов катализаторов, адсорбентов и многих других. Вопрос снижения запыленности в рассматриваемых случаях стоит крайне остро. Широко применяемые в промышленности циклоны в отдельных случаях не удовлетворяют повышенным требованиям к чистоте окружающей среды.

Разработана система очистки воздуха в запыленных помещениях на базе ВВК и ВТНН, базирующаяся на комплексе проведенных исследований (рис.16).

| * ~ и | Применение ВТНН в

1'втнн 1 Г ^рт- рассматриваемой схеме

П Ж1Х ввк циклон —■ позволяет существенно

—У Г /¿У7 ~~ 44, ~^ снизить габариты уста-

новки, обеспечить осушку выходных потоков, осуществить сепарацию капель жидкости и вернуть конденсат в линию ВВК. Обобщая комплекс проведенных исследований разработан алгоритм расчета данной системы.

Рис.16. Система очистки воздуха в запыленных производственных помещениях на базе ВВК и ВТНН

1). По санитарным нормам устанавливается степень рециркуляции помещения данного производства и определяется объемный расход воздуха 0. 2). По каталогам выбирается ВВК, обеспечивающий требуемый расход и фиксируется давление на выходе из машины. Например,компрессор ВК-1,5 М1 имеет степень сжатия £=1,5. За вычетом потерь на линии определяется давление на входе в вихревую трубу Ре. 3).В зависимости от исходной запыленности 2 выбирают степень рециркуляции £) запирающей жидкости ВВК. Очевидно, что с увеличением величины <2 потери в лини рециркуляции возрастают. 4). Осуществляют технологический расчет системы ВВК- циклон по описанной выше схеме. 5). По выходным параметрам ВВК находят давление на входе в вихревую трубу Рс. 6). Примерный расчет вихревой трубы осуществляется по методике, предложенной А.П. Меркуловым. Поскольку механизмы обмена теплотой и массой между свободным и стесненным вихрями неизвестен, расчет базируется на эмпирических соотношениях. 7). Определяется температура и влагосодержание выходных потоков по алгоритму, описанному ранее.

Таким образом, проведен подбор оборудования и разработаны методики расчета показателей выходных потоков. Проведено сравнение предложенной системы пылеулавливания с наиболее дешевыми устройствами аналогичного назначения - фильтрами по критерию относительной экологической эффективности. За базовый вариант примем систему газоочистки на основе

четырехпольных фильтров со степенью улавливания ri0= 0,98. Худший вариант схемы ВВК- ВТНН дает значение г], = 0,99. Относительный критерий технико-экологической эффективности дает 9 = 2,02, т.е. 9 > I и система ВВК-ВТНН оказывается предпочтительнее. Если учесть стоимость оборудования и затраты на регенерацию фильтров экономический эффект от предложенных мероприятий становится более очевидным.

Пятая глава посвящена технико-экологическому обоснованию выбора системы газоочистки. В основах экологии и рационального природопользования приводятся оценки экономической эффективности природоохранных мероприятий. Ставится задача ввести в расчет ущерба окружающей среде У (руб./с) эксплуатационные параметры данной очистной установки, перейти к относительным величинам, что позволит сократить число коэффициентов, не влияющих на функционирование системы, свести критерии экологической эффективности к технологическим, разработать методы расчета относительной эффективности газоочистных сооружений, дающих возможность выбрать наиболее рациональные подходы и оборудование систем улавливания вредных составляющих атмосферных выбросов. В самом общем случае, ущерб У, причиняемый атмосферными выбросами может быть вычислен какУ = В-M .Приведенная масса выброса, включающая N составляющих,

N

вычислится в виде M = ^Ai-mi, а масса выброса щ пропорциональна ¡=1

проскоку через систему от,- = (l - rç, )• moi.

В производственной практике обычно задается или известна доля конкретного загрязнения в отходящем газа, Coi. Будем считать газ достаточно разбавленным, так что его плотность р не зависит от наличия примесей »oi=Coi-P Q-

Вычислим ущерб, причиненный атмосфере, на единицу массы уловле-ного загрязнения Уш

Eivcoi i—1

Если оценивать систему газоочистки по усредненным показателям, г|| = г|

Л = — • У* Д- • С то У

А N h oi m л

Сформулируем принцип экологической эффективности природоохранных мероприятий как минимум ущерба, наносимого окружающей среде. Функция цели в этом случае предстанет в виде Ут min. Величина Ут убывает с ростом значения

N

ХлгО;

¡=1

Величину Е будем считать критерием экологической эффективности природоохранных мероприятий. Критерий относительной экологической эффективности 0 представим в виде отношения значений Е, вычисленных для сравниваемого варианта Е\ и принятого в качестве базового Е0, Е\ I Е0.

В случае однокомпонентного загрязнения значение критерия относительной экологической эффективности найдем как

0 = (29)

Ло 1-Л1

Таким образом, для двух систем газоочистки конкретного производства, отличающихся степенью сепарирования, г|( относительная экологическая эффективность системы оценивается технологическим параметром 0-» шах. Предотвращенный ущерб У„ вычисляют как разность между экономическими потерями двух конкурирующих вариантов Уп = У0 - У,

Ограничимся случаем сопоставления двух вариантов газоочистки, предназначенных для одного и того же производства с фиксированным уровнем технологического совершенства. В качестве базового варианта У0 примем максимально возможный ущерб атмосферными выбросами производства, технологическая схема которого не предусматривает стадии очистки, г||0 = 0. Для фиксированной технологической схемы производства эффективность стадии очистки оценим в долях от максимального ущерба Еп= У„ / У0

V 1

= ^-• (30)

0 Еа -сы ¡=1

Если считать, что все составляющие вредного выброса со средними показателями агрессивности улавливаются в одинаковом степени ( А, = Л, т); = т|) приходим к Е„ = г). Таким образом, широко распространенная степень улавливания г) является частным случаем критерия экологической эффективности Еп, вычисленного для однопараметрического загрязнения или для выброса с усредненными характеристиками. При выборе системы газоочистки предпочтение следует отдать установке, обеспечивающей более высокие значения критерия

Газоочистная установка требует затрат 3 (руб./с) на свое создание и функционирование. Эти расходы могут существенно отличаться в зависимости от принятого метода газоочистки и должны приниматься во внимание при оценке общего ущерба. Например, очистка воздуха от пыли «сухим» способом циклонами будет дешевле «мокрой», при которой следует предусмотреть дополнительные расходы на воду, перекачивающие устройства, обезвреживание стоков и т.д. В то же время центробежные сепараторы не пригодны для

очистки газообразных примесей. Будем использовать относительные показатели, т.е. считать прирост предотвращенного ущерба ДУ„ = У] - У2 на рубль затрат A3. Функция цели Уп шах предстанет в виде £П=(ДУ„ /A3) —> max.

Ограничимся рассмотрением метода расчета величины У„ для широко используемых на практике инерционных пылеуловителей. Выделим в эксплуатационных расходах переменную составляющую энергозатрат, связанную с гидравлическим сопротивлением аппарата АР (Па). Потерю напора АН = АР/р (Дж./кг) определим из уравнения Бернулли, записанного для входного и выходного сечений газовода. Расход энергии вычислится как / = АР- Q (Дж/с). Энергозатраты З3 с учетом стоимости энергии Ц3 (руб./Дж) определим из соотношения З3= Ц^-Q-АР.

Предотвращенный ущерб У„ вычисленный на рубль затрат найдем как

£ =-Ъ!-. (31)

Ц3-АР К '

Критерий относительной экологической эффективности вихревого аппарата 0„ -£„] / Еп0, вычислен по значениям Еп для двух установок Еп] и Еп0, из которых одна принята за базовую Еп0. При переходе к усредненным величинам

ДРгл„

Применим полученные ранее результаты по оценке эффективности газоочистки к сравнительному анализу пылеуловителей центробежного дей-ствия по критерию 9. В качестве базового принят пылеуловитель ЦН - 24. Результаты сравнительного анализа группы серийных циклонов, ВТНН, ВВК представлены в таблице 2. Как показывают представленные данные, критерий относительной технико-экологической эффективности 0 отражает логику процесса пылеулавливания - чем выше степень сепарирования аппарата т], тем величина 0 больше. В данном случае вместо качественной констатации факта предлагается количественная оценка эффективности газоочистки, позволяющая определить в какой степени конкурирующие системы отличаются друг от друга. На рис.17 представлены результаты исследований сепарирующей способности циклонов ВЗП и ПЦПО в зависимости от условной скорости газа уу, вычисленной на полное сечение аппарата. Испыгывались лабораторные модели пылеуловителей диаметром В 115-120 мм с близкими конструктивными и входными параметрами, что создавало идентичность условий и исключало необходимость пересчета. Одновременно проводились измерения гидравлического сопротивления АР аппаратов.

Тип пылеуловителя Л 9

ЦН-24 0,626 1,00

ЦН-15У 0,680 1,27

ЦН-15 0,741 1,71

ЦН-11 0,752 1,81

СДК-ЦН-33 0,826 2,83

СЦН-40 0,873 4,10

СК-ЦН-34 0,841 3,16

СК-ЦН-34М 0,857 3,58

ВЦНИИОТ 0,645 1,08

счот 0,827 3,03

«Клайпеда» 0,795 2,32

ВВК 0,990 59,20

втнн 0,950 11,35

Рис. 17 Влияние скорости газа уу

на сепарирующую способность циклона: 1 - аппарат ПЦПО; 2-ВЗП.

ДРЮЖ 1,6 1,2. 0,8 0,4 0

1 / 1

о

40

Рис.18 Зависимость гидравлического сопротивления от условной скорости газа: 1 - аппарат ПЦПО 2-ВЗП.

ет

1,5 1,4

2 4 6 уу, м/с

Рис.19 Относительная технико-экологическая эффективность циклонов ПЦПО и ВЗП

Результаты опытов представлены на рис.18. Оказалось, что рост значения сопровождается увеличением гидравлического сопротивления циклона АР, тенденция характерная для инерционных пылеуловителей. Проведено сравнение рассматриваемых циклонов с помощью критерия относительной технико-экологической эффективности 9П. В качестве базового примем аппарат ВЗП. Результаты графически представлены на рис. 19.

Приведенные данные носят иллюстрационный характер и демонстрируют возможности применения критериев технико-экологической эффективности Е для сравнительной оценки аппаратов системы газоочистки. Возможности их применения шире.

выводы

1. В результате теоретического анализа гидродинамики аппаратов с закрученным движением фаз получены расчетные соотношения, позволяющие оценить вклад отдельных составляющих в общие потери напора в вихревом аппарате, что позволяет учесть его конструктивные особенности на стадии проектирования. Аналитически показано, что движение вязкого, несжимаемого газа к оси закрутки против действия центробежной силы, характерное, в том числе, для циклонов, вихревых труб низкого напора возможно при определенном давлении потока на периферии устройства. Принятая в работе система уравновешивания касательного напряжения на пограничном слое скоростным напором внешнего течения позволяет не только определить размер пристенной зоны, но и выполнить условия прилипания, которые обычно игнорируются. Хорошая сходимость результатов вычислений по полученным соотношениям для различных участков вихревого аппарата с данными, имеющимися в технической литературе и собственных экспериментов, подтверждает приемлемость принятых допущений.

2. Теоретически установлена потеря устойчивости закрученного течения в узкой зоне на границе центрального и периферийного вихрей при значениях введенного критерия потери устойчивости Ку= 2, что позволяет объяснить природу эффекта Ранка, в том числе, возникновением вихревых структур в приосевой зоне с последующей их диссипацией на периферии, теоретически обосновать и объединить ряд гипотез о сущности энергетического разделения потока газа в вихревой трубе.

3. Проведенные исследования показали, что термодинамические характеристики вихревой трубы низкого напора не зависят от степени запыленности входного потока и мало зависят от его влагосодержания. Разработана методика расчета влагосодержания выходных потоков. На основе полученных результатов разработана комбинированная система охлаждения, нагрева, очистки воздуха от пыли и его осушки на базе вихревой трубы низкого напора.

4. Установлено, что вихревой водокольцевой компрессор может выполнять дополнительную функцию пылеуловителя без изменения эксплуатационных характеристик и применяться в качестве «мокрой» ступени газоочистки. Теоретически рассчитаны и подтверждены экспериментально предельные режимы эксплуатации ВВК, при которых газ не попадает в воздушные окна. На базе проведенных исследований разработана комбинированная система очистки воздуха от пыли циклон-вихревой компрессор и предложена методика ее гидравлического расчета.

5. Комплекс проведенных исследований послужил основой конструирования системы очистки воздуха в запыленных производственных помещениях на базе вихревого водокольцевого компрессора и вихревой трубы низкого напора и методики подбора комплектующего оборудования, их сочетания и расчета выходных параметров.

6. На основе метода оценки экономической эффективности осуществленных природоохранных мероприятий получены соотношения для расчета ущерба, наносимого окружающей среде атмосферными выбросами производства. Переход к относительным показателям позволил сократить число коэффициентов, не влияющих на процесс газоочистки и выработать критерии технико-экологической эффективности систем газоочистки, позволяющие на стадии проектирования произвести их рациональный выбор.

Условные обозначения В - коэффициент экологического ущерба, руб./усл.кг; М- приведенная масса выброса загрязнения в атмосферу, усл.кг/с; A¡ - показатель относительной агрессивности загрязнения, усл. кг/кг; С-постоянная интегрирования; b, h - ширина, высота входного штуцера циклона, м; m0, - масса выброса отдельного компонента в поступающем на очистку потоке, кг/с; Q - объемная подача, расход, м3/с; Р, Р0, Рс - давление: текущее, на границе центрального вихря, на входе в ВТ, Па; R, R0, Rn - радиусы: аппарата, центрального вихря, выхлопного патрубка циклона, м; Я- высота, м; Т, Гх, Тт - температура: текущая, холодного и нагретого потоков, К; г, <р, z -координаты цилиндрической системы отсчета; v„ vz - составляющие скорости, м/с; V, ц - кинематическая, м2/с и динамическая, Па-с, вязкости; р -плотность среды, кг/и3; т),т)0, r¡, - степень улавливания загрязнения: средняя, базового варианта газоочистки, отдельного компонента; ш,ю0 - угловая скорость: текущая, на границе центрального вихря, 1/с; 55о,5п=5о-медианный размер частиц пыли, размер частиц пыли, улавливаемой в пылеуловителе на 50%; Rt=v-dl\ - число Рейнольдса; Рг=ц-ср/Х - число Прандтля; Ec=v2/(cp-A7) -число Эккерта; Еи=ДР/(р-у2)-число Эйлера; Ет=ЛР/(р-ср-А7) - отношение использованной потенциальной энергии давления к реализованной тепловой.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: Монографии и учебные пособия

1. Трошкин O.A. Техническая гидромеханика: учебное пособие / Трошкин O.A., Тарасова Л.А. -М.: МГУИЭ,2001,- 112 с.

2. Трошкин O.A. Сборник задач по газодинамике: учебное пособие / Трошкин O.A., Тарасова Л.А. -М.: МГУИЭ, 2001- 120 с.

3. Трошкин O.A. Газодинамика : учебное пособие / Трошкин O.A., Тарасова Л.А. - М.: МГУИЭ, 2003,- 104 с.

4. Тарасова Л.А. Гидравлика и гидравлические машины. Учебное пособие/ Тарасова Л.А., Зайцев Г.Е., Романов Т.Н. -М.: МГУИЭ - 2006 - 208 с.

Статьи, опубликованные в изданиях из перечня, рекомендованного ВАК

5. Шерстюк А.Н. К расчету закрученных струй / Шерстюк А.Н., Тарасова Л.А. // Изв. Вузов, с. Энергетика.- 1982. - №9.

6. Шерстюк А.Н. Аэродинамика слабозакрученной струи/ Шерстюк А.Н., Тарасова Л.А. // Теплоэнергетика,-1986 - №2.

7. Шерстюк А.Н. Измерение параметров двухмерного потока с помощью двухточечного аэродинамического зонда / Шерстюк А.Н., Тарасова Л.А. // Изв. вузов, с. Энергетика.-1989.-№1.

30

8. Тарасова Л.А. Экспериментальное исследование начального участка закрученной струи.-М„ 1991- е.- Деп в ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ №2177-ХМ, 1.

9. Тарасова Л.А. Оценка экологической эффективности пылеулавливающих систем./ Тарасова Л.А., Трошкин O.A. // Хим. и нефтегаз. маш-е-1992. -№5- С. 30-31.

Ю.Тарасова Л.А. Экономическая эффективность осуществляемых природоохранных мероприятий./Тарасова Л.А.,Трошкин O.A.,Матвеев A.A. Кулагина Т.А. / Хим. и нефтегаз.маш-е.- 1993. - №4. -С.48-50.

П.Тарасова Л.А. Обобщенный критерий экологической и экономической эффективности пылеулавливающих систем./ Тарасова Л.А., Трошкин O.A. // Хим.и нефтегаз .маш-е- 1993. - №8 - С.28.

12.Тарасова Л.А. Применение центробежных нагнетателей в качестве газоочистителей. / Тарасова Л.А., Трошкин O.A. // Хим.и нефтегаз. маше.- 1993. -№9. -С.28-29.

13.Тарасова Л. А. Влияние устойчивости закрученного потока на сепарирующую способность циклона./ Тарасова Л.А., Трошкин O.A. // Хим. и нефтегаз. маш-е. -1996. -№1. - С. 57-58.

Н.Тарасова Л.А. Локальный критерий относительной эффективности природоохранных мероприятий. / Тарасова Л.А., Трошкин O.A., Артеменко Е.А. // Хим.и нефтегаз.маш-е,- 1997. -№3. - С.57-58.

15.Тарасова Л.А. Расчет характеристик компрессоров, сжимающих влажный воздух./ Тарасова Л.А., Трошкин O.A. Шерстюк А.Н., Орбис-Диас B.C. // Хим. и нефтегаз.маш-е - 1997. - №4. -С.58.

16. Тарасова Л.А. Анализ параметров эксплуатации газоочистных аппаратов./ Тарасова Л.А., Артеменко Е.А. Трошкин O.A., Васильев В.М. // Хим. и нефтегаз. маш-е - 1998. - №2. -С 34-35.

17.Тарасова Л.А. Влияние интенсивности циркуляции уплотняющей жидкости на рабочие характеристики водокольцевой воздуходувки. /Тарасова Л.А., Вылков Г.В., Парадеев Д.СУ/ Хим. и нефтегаз. маш-е. -2001. - №9. - С.34.

18.Трошкин O.A. Газодинамическая неустойчивость в вихревых аппаратах/ Трошкин O.A., Тарасова Л.А., Шепелев П.С., Терехов М.А, Морозов A.B. // Хим. и нефтегаз. маш-е. -2001. -№8. -С.5.

19.Тарасова Л.А. Гидродинамический расчет аппаратов вихревого типа. /Тарасова Л.А., Янышев И.В., Касилович Н.В. // Хим. и нефтегаз. маш-е,-2001.-№11.-С. 6-7.

20.Тарасова Л.А. Газодинамика вихревой трубы. / Плотников В.А., Тарасова Л.А., Трошкин O.A. //ТОХТ, т.36- 2002. -№4. - С.358-362.

21.Шмелев М.Г. Гидравлический режим эксплуатации комбинированного пылеуловителя./ Шмелев М.Г., Каталымов A.B., Тарасова Л.А. // Хим. и нефтегаз. маш-е,- 2002. -№ 4. - е.46-47.

22.Трошкин O.A. Выбор экологически эффективной системы газоочистки./ Трошкин O.A., Канерва С.А., Тарасова Л.А. // Хим. и нефтегаз. маш-е.-2002. -№11.- С.38-39.

23.Тарасова Jl.А. Расчет предотвращенного ущерба от атмосферных выбросов и выбор систем газоочистки.// Хим. и нефтегаз. маш-е.- 2003. -№9. - С.36-37.

24.Трошкин O.A. Комбинированная система пылеулавливания,/ Трошкин O.A., Канерва С.А., Тарасова Л.А. // Экология промышленности-2003. -Январь. - С.6-7.

25.Тарасова JI.A. Комбинированная система очистки, нагрева и охлаждения воздуха. / Тарасова JI.A., Трошкин O.A., Терехов М.А. // Экология промышленности - 2003. - С. 17-19.

26.Тарасова Л.А. Расчет гидравлического сопротивления вихревого аппарата./ Тарасова Л.А.,Терехов М.А.,'Трошкин O.A.// Хим. и нефтегаз. маш-е.- 2004. -№2. - С. 11-12.

27.Тарасова Л.А. Гидравлический расчет водокольцевой воздуходувки в комбинированной системе пылеулавливания./ Тарасова JI.A., Трошкин O.A., Канерва С.А. // Хим.и нефтегаз. маш-е .- 2007. -№2. - С.28-29.

28.Тарасова Л.А. Гидродинамика вихревого потока в гладкостенном аппарате с мешалкой / Тарасова JI.A., Орлов С. В., Трошкин O.A. // Хим.и нефтегаз. маш-е. - 2007. -№6. - С.13-14.

29. Тарасова Л.А. Процесс массопереноса в низконапорной вихревой труб е./ Тарасова Л.А., Морозов A.B., Трошкин O.A. // Хим. и нефтегаз. маш-е. -2007.-№12. -С.10-11.

30.Тарасова Л.А, Гидродинамическая устойчивость течения в аппаратах с закрученным движением фаз/Тарасова JI.A., Трошкин O.A. // Хим. и нефтегаз. маш-е - 2009. - № 3. -С. 3-4.

31.Тарасова Л.А. Параметры водокольцевого компрессора, работающего в режиме рециркуляции запирающей жидкости./ Тарасова Л.А., Кравцов A.B., Трошкин O.A. // Хим. и нефтегаз. маш-е,- 2009. - № 6. -С.33-34.

32.Тарасова Л.А. Оценка возможности придания вихревой трубе дополнительной функции пылеуловителя. / Тарасова Л.А., Трошкин O.A., Шилин М.В., Цветков А.Л. // Хим. и нефтегаз. маш-е - 2009. - № 7. -С.44-45.

Статьи, опубликованные в других изданиях

33 .Тарасова Л.А. Экологическая эффективность пылеулавливающих систем / Тарасова Л.А. , Трошкин O.A. //Гидродинамика больших скорос-тей.-Красноярск: КрПИ.-1991.-С. -

34.Тарасова Л.А. Шаровой четырехточечный зонд для измерения параметров трехмерного потока./ Тарасова Л.А., Трошкин O.A. //Гидродинамика больших скоростей. -Красноярск: КрПИ.- 1991.

35.Тарасова Л.А. Относительная эффективность природоохранных мероприятий./ Тарасова Л.А., Трошкин О.А // Вуз. научно-тех. конф. преп. состава.-М.: МГУИЭ,- MiXlVl.-1995.-C. 5 -6.

36.Шерстюк А.Н. Расчет основных параметров процесса компремирования с учетом влажности сжимаемого воздуха ./Шерстюк А.Н., Тарасова Л.А..//Меж. научно-тех. конф. по компрессорной технике.- Казань-1995-№10. - С. 4.

37.Трошкин O.A. Возможность использования водокольцевой воздуходувки в качестве ступени газоочистки./ Трошкин O.A., Парадеев Д.С., Тарасова Л.А. // Межд. конф-я и 5 межд. симпозиум мол. уч, асп-в и студ-в.- М.: МГУИЭ.- 2001.- С. 248-249.

38.Канерва С.А. Относительная экологическая эффективность циклоновJ Канерва С.А., Тарасова JI.A., Трошкин O.A. // Межд. конф-я и 5 межд. симпозиум мол.уч,асп-в и студ-в..- М.: МГУИЭ.- 2001- С. 246-247.

39.Тарасова Л.А. Потеря напора в аппаратах вихревого типа./ Тарасова Л.А., Янышев И.В., Касилович Н.В., Терехов М.А. // Межд. конф-я и 5 межд. симпозиум мол.уч., асп-в и студ-в,- М-:МГУИЭ. -2001.- С.306.

40.Канерва С.А. Метод расчета предотвращенного ущерба атмосферных выбросов с учетом затрат./ Канерва С.А., Тарасова Л.А. //Техника низких температур и экология: материалы науч. конф-и.-М.: МГУИЭ.-2002,- С. 20-21.

41.Янышев И.В. Пограничный слой у цилиндрической стенки аппарата./ Янышев И.В., Погальникова О.В., Тарасова Л.А. // Техника низких температур и экология: материалы науч. конф-и.-М.:МГУИЭ.-2002-С. 18-19.

42.Трошкин O.A. Сравнительная эффективность систем газоочистки./ Трошкин O.A., Каталымов A.B., Тарасова Л.А. // Сб. трудов меж. научно-техн. конф-я - Севастополь,- 2002. - С.76-78.

43.Канерва С.А. Водокольцевой вакуум-насос в системе газоочистки./ Канерва С.А., Тарасова Л.А. // Труды межд. научно-техн. конф-я-М.:МГУИЭ. - 2003 - С.29-30.

44.Тарасова Л.А. Математическое моделирование закрученного потока в пристенной зоне вихревого аппарата./ Тарасова Л.А., Терехов М.А. // Математические методы и технологии: материалы межд. науч. конф-и-Ростов —на-Дону. -2003- С.63-64.

45.Тарасова Л.А. Определение параметров модели вихревого движения газа вдоль цилиндрической стенки./ Тарасова Л.А., Терехов М.А., Орлов C.B. //Математические методы и технологии: материалы межд. науч. конф-и-Ростов-на-Дону- 2003- С.62-63.

46.Тарасова Л.А. Давление закрученного потока газа при движении к оси вращения./ Тарасова Л.А., Терехов М.А., Трошкин O.A. //Труды межд.конф - Севастополь. - 2003. - Т.З.- С.183-185.

47.Тарасова Л.А. Гидравлическое сопротивление вытеснителя вихревого аппарата./ Тарасова Л.А., Терехов М.А. // Труды межд. конф-и,-Се вастополь. -2003. -Т.З.- С.181-183.

48.Тарасова Л.А. Расширение области применения вихревых труб/ Тарасова Л.А., Терехов М.А.// Межрегиональные проблемы экологической безопасности: материалы межд. симпозиум - Сумы-2003.

49.Тарасова Л.А. Водокольцевой вакуум-насос в системе газоочистки. // Насосы и оборудование - Киев.- 2004 - №1(24) февраль. - С.34- 35.

50.Тарасова Л.А. Возможность использования водокольцевой воздуходувки в качестве мокрой ступени системы пылеулавливания./ Тарасова

33

JI.A., Трошкин O.A., Канерва С. А. // Насосы. Эффективность и экология.-М-труды мезкд. научно-техн. конф-я .- 2005.

51.Тарасова JI.A. Эффективность теплообменных процессов в комбинированных системах «компрессор-вихревая труба»./ Тарасова Л.А., Морозов A.B., Трошкин O.A. // Насосы и оборудование,- Киев,- 2007. -№1(42), февраль,- С.38-39.

52.Тарасова Л.А. Гидравлический расчет системы пылеулавливания «циклон-вихревой компрессор». // Насосы и оборудование - Киев - 2008. -№6(53) февраль. -С.40.

53.Шилин М.В. Получение безразмерных параметров, характеризующих процессы переноса в вихревой трубе./ Шилин М.В., Цветков А.Л., Тарасова Л.А. // Ecopump/ru" 2008. Эффективность и экологичность нососного оборудования.-М- Материалы межд. научно-техн. конф-и. -2008.- С.51.

Подписано в печать 15.09.2010 Заказ № 219 Усл. печ. л. 2,125. Тираж 100 экз. Издательский центр МГУИЭ 105066, г. Москва, Старая Басманная ул.,21/4

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Вихревые аппараты, области применения и примеры конструкций.

1.1. Вихревые трубы.

1.2. Физические модели вихревого эффекта.

1.3 Тенденции возможности совершенствования конструкций вихревых труб.

1.4. Вихревые пылеуловители-циклоны.

1.5. Скрубберы центробежного действия.

1.6. Методы оценки эффективности пылеулавливания.

Глава 2 Гидродинамика аппаратов с закрученным движением фаз.

2.1. Гидравлическое сопротивление вращающегося слоя жидкости.

2.2. Динамика закрученного потока в пристенной зоне цилиндрического аппарата.

2.3. Движение газа у поверхности выхлопного патрубка циклона.

2.4. Газодинамика вихревой трубы.

2.5. Гидравлический расчет прямоточного циклона с осевым вытеснителем.

2.6. Неустойчивость в вихревых аппаратах.

2.7. Сопоставление результатов анализа гидродинамики вихревых аппаратов с опытными данными.

2.8. Пример гидравлического расчета вихревой трубы

Глава 3 Экспериментальные исследования эксплуатационных характеристик вихревой трубы низкого напора.

3.1. экспериментальный стенд и методика проведения исследований.

3.2. Определение основных характеристик вихревой трубы. Влияние начальных параметров на процесс разделения.

3.3. Обобщение результатов экспериментов по исследованию характеристик вихревой трубы.

3.4. Определение влияния запыленности на процесс температурного

разделения газа в вихревой трубе.

3.5. Комбинированная система очистки, нагрева и охлаждения воздуха от пыли (КСОНО).

3.6. Влияние исходного влагосодержания воздуха на процесс температурного разделения в вихревой трубе низкого напора.

3.7. Обобщение результатов исследований и методика расчета влагосодержания выходных потоков.

ГЛАВА 4. Вихревой водокольцевой компрессор (ВВК) в системе газоочистки.

4.1. Комбинированная системы пылеулавливания на базе вихревого; водокольцевого компрессора.

4.2. Методика экспериментальных исследований.

4.3. Определение основных характеристик водокольцевого компрессора, работающего в режиме рециркуляции запирающей жидкости;.

4.4. Влияние запыленности входного потока на характеристики вихревого водокольцевого компрессора.

4.5. Гидравлический расчет ВВК.

4.6 Методика расчета комбинированной системы циклон-ВВК.

4.7. Система очистки воздуха запыленных помещений на базе ВВК и

ВТНН.

Глава 5 Технико-экономическое обоснование выбора системы газоочистки.

5.1. Критерий системы газоочистки на основе минимума ущерба окружающей реде.

5.2. Критерий предотвращенного ущерба от атмосферных выбросов:

5.3. Метод расчета предотвращенного ущерба атмосферных выбросов с учетом затрат.

5.4. Технико-экономическая эффективность природоохранньк мероприятий.

5.5. Ущерб окружающей среде в процессе «мокрой » очистки газа.

5.6. Сравнительная эффективность систем газоочистки.

ВЫВОДЫ.

СПИСОК ОСНОВНОЙ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Закрученное движение фаз используется во многих технологических процессах. При этом возможны два вида организации течения. Во-первых, когда вихревое движение реализовано в замкнутом объеме аппарата, как, например, в инерционных пылеуловителях-циклонах, в реакторах с мешалкой, в вихревых трубах, в каплеотбойниках центробежного действия, центрифугах и т.д. Во-вторых, когда действующим элементом является закрученная струя жидкости, например, топлива в котельных установках, распыливающих устройствах скрубберов и многих других.

Несмотря на многочисленные исследования, ряд вопросов гидродинамики аппаратов центробежного действия остаются открытыми. Например, во многих исследованиях в основу теоретического анализа положена теория идеального сжимаемого газа и используются уравнения Эйлера, течение в области свободного вихря априори считается потенциальным, при этом, движение в пристенных зонах исключается1 из анализа, а значение окружной скорости на стенке принимается отличных от нуля, не проанализированы условия потери устойчивости вихревого течения при наличии вязкого радиального потока.

Особый интерес исследователей последнее время привлекает к себе вихревые трубы (ВТ), обладающие легкой регулируемостью, малыми габаритами, простотой конструкции, малой инерционностью при смене режимов. Обычно ВТ применяют как источник достаточно глубокого холода и повышенных температур.

Особенно перспективным представляется использование специфических особенностей закрученного движения в системах газоочистки. В этой связи следует заметить, что инженерная защита окружающей среды базируется на хорошо развитых химических технологиях. Вопросы защиты окружающей среды от вредных выбросов являются одной из основных и актуальных проблем нашего времени. В современных условиях при разработке технологии отдельного производства особенно важным становится умение предварительно оценить возможный урон природе и выбрать рациональную систему защиты окружающей среды от вредного на нее воздействия промышленности.

Одним из главных объектов загрязнения является атмосфера. В качестве основного параметра, характеризующего эффективность функционирования системы газоочистки часто применяют степень улавливания ею загрязняющего компонента. Прием, широко применяемый в технике. В тоже время, понятие эффективности включает в себя экономические факторы, которые следует учитывать при сравнительном анализе конкурирующих систем. В этой связи особый интерес представляет метод, разработанный в МИХМе проф. Майковым В.П., предложившим оценивать эффективность тепло-массообменной аппаратуры исходя из принципа минимума приведенных затрат. В развитии этого метода предлагается сформулировать а. функцию цели в виде минимума ущерба окружающей среде.

Значительными источниками загрязнений являются химическая промышленность, производство минеральных удобрений, нефтепереработка, металлургия. В зависимости от состава атмосферного выброса применяют различные аппараты улавливания загрязняющих составляющих, в ,том числе аппараты вихревого типа.

Необходимость и важность решения задач гидродинамики и проблемы повышения эффективности систем газоочистки, базирующихся на функциональных особенностях аппаратов с закрученным движением фаз определяют актуальность данного исследования.

выводы

1. В результате теоретического анализа гидродинамики аппаратов с закрученным движением фаз получены расчетные соотношения, позволяющие оценить вклад отдельных составляющих в общие потери напора в вихревом аппарате, что позволяет учесть его конструктивные особенности на стадии проектирования. Аналитически показано, что движение вязкого, несжимаемого газа к оси закрутки против действия центробежной силы, характерное, в том числе, для циклонов, вихревых труб низкого напора возможно при определенном давлении потока на периферии устройства. Принятая в работе система уравновешивания касательного напряжения на пограничном слое скоростным напором внешнего течения позволяет не только определить размер пристенной зоны, но и выполнить условия прилипания, которые обычно игнорируются. Хорошая сходимость результатов вычислений по полученным соотношениям для различных участков вихревого аппарата с данными, имеющимися в технической литературе и собственных экспериментов подтверждает приемлемость принятых допущений.

2. Теоретически установлена потеря устойчивости закрученного течения в узкой зоне на границе центрального и периферийного вихрей при значениях введенного критерия потери устойчивости Ку = 2, что позволяет объяснить природу эффекта Ранка, в том числе, возникновением вихревых структур в приосевой зоне с последующей их диссипацией на периферии, теоретически обосновать и объединить ряд гипотез о сущности энергетического разделения потока газа в вихревой трубе.

3. Проведенные исследования показали, что термодинамические характеристики вихревой трубы низкого напора не зависят от степени запыленности входного потока и мало зависят от его влагосодержания. Разработана методика расчета влагосодержания выходных потоков. На основе полученных результатов разработана комбинированная система охлаждения, нагрева, очистки воздуха от пыли и его осушки на базе вихревой трубы низкого напора.

4. Установлено, что вихревой водокольцевой компрессор может выполнять дополнительную функцию пылеуловителя без изменения эксплуатационных характеристик и применяться в качестве «мокрой» ступени газоочистки. Теоретически рассчитаны и подтверждены экспериментально предельные режимы эксплуатации ВВК, при которых жидкость не попадает в выхлопные окна. На базе проведенных исследований разработана комбинированная система очистки воздуха от пыли циклон-вихревой компрессор и предложена методика ее гидравлического расчета.

5. Комплекс проведенных исследований послужил основой конструирования системы очистки воздуха в запыленных производственных помещениях на базе вихревого водокольцевого компрессора и вихревой трубы низкого напора и методики подбора комплектующего оборудования, их сочетания и расчета выходных параметров.

6. На основе метода оценки экономической эффективности осуществленных природоохранных мероприятий получены соотношения для расчета ущерба, наносимого окружающей среде атмосферными выбросами производства. Переход к относительным показателям позволил сократить число коэффициентов, не влияющих на процесс газоочистки и выработать критерии технико-экологической эффективности систем газоочистки, позволяющие на стадии проектирования произвести их рациональный выбор.

1. Азаров А.И. Промышленное применение гаммы вихревых охладителей// Вихревой эффект и его применение в технике Самара: СГАИ. - 1993.- С.75-79.

2. Азаров А.И. Промышленное применение многоцелевых вихревых воздухоохладителей//Химическое и нефтегазовое машиностроение.-1999.- N7. С.29-31.

3. Азаров А.И. Характеристики вихревой трубы с рециркулирующим горячим потоком. // Кн. Холодильная техника и технология.- Киев.-1974.-№ 18.-С. 48-52.

4. Азаров А.И., Пиралишвили Ш.А. Исследование и промышленное применении вихревого эффекта. // Тепломассообмен в закрученных потоках : материалы 2-й межд.конф. .- М. 2005.- С.78-79.

5. Алексеев В.П., Азаров А.И., Дроздов А.Ф. и др. Новая вихревая техника для средств охраны труда.// Вихревой эффект и его применение в технике.- Куйбышев: КуАИ.- 1984.- С.104-111.

6. Алексеенко C.B., Куйбин П.А., Окулов B.JI. Введение в теорию концентрированных вихрей.-Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований. -2005.- 504 с.

7. Алексеенко C.B., Шторк C.B. Экспериментальное наблюдение взаимодействия вихревых нитей.// Письма в ЖЭТФ. 1994. т. 59., вып. 11.-С. 746-750.

8. Арбузов В.А., Дубнищев Ю.Н. и др. Наблюдение крупномасштабных гидродинамических структур в вихревой трубе и эффект Ранка.// Письма в ЖЭТФ. 1997., т. 23, вып. 23. - С. 84-90.

9. Асламова B.C., Трошкин O.A., Шерстюк А.Н. Новый прямоточный циклон с промежуточным отбором пыли.//Хим и нефт. Маш-е. 1991. — №1. - С.24.

10. Ю.Бакиров Ф.Г., Ахметов Ю.М. и др. Опыт реализации квазиизотермического редуцирования в вихревых регуляторах давления энергетических систем //Вестник УГАТУ, т.9, № 6. -Уфа. 2007. - С. 66-74.

11. Баранов Д.А., Вязьмин A.B., Гухман A.A., и д.р. Под ред. Кутепова A.M. Процессы и аппараты химической технологии. Явление переноса, макрокинематика, подобие, моделирование, проектирование. -М.: Логос. 2000, т.1. - 480 с.

12. Бетлинский В.Ю., Жидков М.А. и др. Экспериментальное исследование термической эффективности регулируемой вихревой трубы на природном газе. //Нефтегазовые технологии. М., №2 (февраль). -2008. - С.2-6.

13. Н.Бетлинский В.Ю., Жидков М.А., Овчинников В.П. Двухпоточные регулируемые вихревые трубы в промышленных установках ьочистки и осушки газов.// Газовая промышленность, январь. 2008. - С.72-75.

14. Бобриков Г.Н., A.A. Поляков, А.П. Лепявко и др. Современное состояние и возможности применения вихревых труб в холодильной технике и в системах кондиционирования // Холодильное машиностроение., Серия ХМ-7. М.: ЦИНТИхимнефтемаш. - 1981. -52 с.

15. Бобров Д.А., Кисиленко H.A. Автоматизированная система анализа и оптимизации химико-технологических объектов. // ТОХТ. 1994, т. 28. - № 5.

16. Бобров Д.А., Налетов А.Ю., Шумакова О.П. Основы анализа и оптимизации энерготехнологических процессов химической технологии-М.: МИТХТ. 1985

17. Бродянский В.М. Термодинамический анализ процессов сжижения газов. // И.Ф.Ж. 1963 , № 7. - С. 36-42.

18. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия. - 1973.

19. Бродянский В.М., В. Фратшер, К. Михалеск. Эксергетический метод и его приложения. М.: Энергоатомиздат. - 1988 .

20. Бродянский В.М., Сорин М.В. Принципы определения КПД технических систем преобразования энергии и вещества. // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1985 , № 1. - С. 60-65.

21. Брянский A.B., Воробьев И.И., Чижиков Ю.В. Исследование температурно-влажностных характеристик вихревой трубы // Вихревой эффект и его применение в технике: труды V Всесоюзной науч. тех. конф. Куйбышев. - 1988. - С. 9-12.

22. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости.-М.: Мир.-1986.- 758 с.

23. Вентиляторный мокрый пылеуловитель ЛИОТВНИИОТ-Д.: 1964.-411 с.

24. Вихревой эффект и его применение в технике.// Материалы II Всесоюзной науч. -тех. конференции. Куйбышев: КуАИ. - 1976273 с.

25. Вихревой эффект и его промышленное применение. //Материалы III Всесоюзной науч.-тех. конференции.- Куйбышев: КуАИ-1981.-443 с.

26. Воровьев О.Г., Кириллов В.М. Методические рекомендации по расчету экономического эффекта от внедрения природоохранных мероприятий в промышленности минеральных удобрений. JL: -ЛенНИИГИПромхим. 1985. - 56 с.

27. Воробьев О. Г., Маргулиц С. 3. Газопылевые выбросы в производстве фосфора, их нормирование и оптимизация: Обзорная информация // НИИТЭХИМ. Вып. 4. М.: - 1985 (Серия «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»). - 34 с.

28. Воронин В.Г., Иванов C.B., Чижиков Ю.В. Исследование характеристик вихревой трубы при работе на газожидкостной смеси // Вихревой эффект и его промышленное применение: труды Ш Всесоюзной науч. тех. конф. Куйбышев. - 1981. - С.84-88.

29. Воронини В.Г. Чижиков Ю.В. Инженерный метод расчета вихревых труб для систем термостабилизации РЭА //Вопросы радиоэлектроники. Серия. Тепловые режимы, термостатирование и охлаждение радиоэлектронной аппаратур. -1976,№3. С.63-68.

30. Гервасьев А. М., Рабинович В. Б. Скоростные промыватели СИОТ // Экспресс информация Сер ХМ-14 Новые конструкции мокрых пылеуловителей M ЦИНТИХимнефтемаш. 1979, № 2. - С. 6—7.

31. Глущенко В.М., Воронский Ю.Л. Влияние вихревого эффекта на тепломассобмен в генераторе термомеханических аэрозолей. // Вихревой эффект и его применение в технике. Куйбышев. - 1984.-С.203-208.

32. Гольдштик М.А. Вихревые потоки. Новосибирск: Наука. - 1981. -366 с.

33. Гольдштик М.А., Штерн В.Н., Яворский Н.И. Вязкие течения с парадоксальными свойствами. Новосибирск: Наука. - 1989.- 336 с.

34. Гусев А.П. Подготовка попутного газа нефтедобычи к транспорту с применением трехпоточной вихревой трубы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. М.: ВНИИОФИ. -2004. - Тюмень - 16 с.

35. Гуцол А.Ф. Эффект Ранка. //Успехи физических наук. 1997, т. 167, №6.- С.665-687.

36. Дергачев Н. Ф. Мокрые золоуловители системы ВТИ. М.: Госэнергоиздат. - 1960. - 96 с.

37. Дорфман JI.A. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. М.: Физматгиз. - 1960.

38. Дружинин А.Н., Лайнский A.M., Нигодюк В.Е. Рыжков В.В. Исследование турбулентной структуры закрученного потока в вихревом газогенераторе // Вихревой эффект и его промышленное применение.- Куйбышев.- 1981.- С. 379-383.

39. Дубинский М.Г. Вихревой энергоразделитель.// Известия АН СССР, ОТН. 1955. - №6.

40. Дубинский М.Г. Вихревые аппараты// Известия АН СССР, ОТН. -1955.- №8.

41. Дубинский М.Г. Течение вращающихся потоков газа в кольцевых каналах.// Известия АН СССР, ОТН. 1955. - №11.

42. Дубинская Ф.Е., Вальдберг А.Ю. Ниргер М.И.// Промышленная и санитарная очистка газов . 1979, №3. - С.2-4.

43. Есин М.В. "Обработка интерференционных картин и оптических изображений компьютерными методами в лазерной диагностике потоков" Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. М.: ВНИИОФИ, 2001,16 с.

44. Есин М.В. Применение цифровой фильтрации изображений в визуализации потоков // "ОМПИ-99", тез. докл. М.: Издательство МЭИ.- 1999.- С. 117-118.

45. Жермен П. Курс механики сплошных сред.- М.: Высшая школа.-1983

46. Жидков М.А. и др. Особенности термодинамических характеристик трехпоточных вихревых труб для очистки и осушки технологических газов.// Холодильная тезника.- 2001, №1.— С.12—14.

47. Зайцев М.М. Материалы по пылеулавливанию в цветной металлургии.- М.: Металлургиздат.- 1957.- С.312-330.

48. Иванков H.A., Киселев Д.С. Об обработке питателя порошка для пылеуловителей // Пути совершенствования, интенсификации и повышения надежности аппаратов в основной химии: тезисы докладов Всесоюз. научно-тех. совещ.- М.: .- 1980.- С. 69-70.

49. Испытание обеспыливающих вентиляционных установок. Инструктивно-методические материалы.- JL: ЛИОТ.- 1971.-65 с.

50. Казанцева О.В., Пиралишвили Ш.А., Фузеева A.A. Численное моделирование закрученных течений // Тр. V Междунар. Симпоз. По теплообмену.- Минск 2004.

51. Калашник М.В., Вишератин К.Н. Циклострофическое приспособление в закрученных газовых потоках и вихревой эффект Ранка.// ЖЭТФ.-2008, т. 133. вып.4.- С.935-947.

52. Коллинз Р.Л., Лавлейс Р.Б. Экспериментальное исследование течения парожидкостной смеси пропана через вихревую трубу Ранка Хилша / Пер. с англ. //Теплопередача - 1979, т.101, № 2 - С.131-138.

53. Коротченко С.И. Моделирование движения газа в аппаратах со встречными закрученными потоками.// ТОХТ. XIX, № 5.- 1985

54. Коузов П. А., Мыльников С. И. Расчет эффективности пылеулавливания в циклонах с водяной пленкой // Труды институтов охраны труда.- 1972, Вып 77.- С. 6—12.

55. Коузов П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов,- Л.: Химия.- 1987.- 264 с.

56. Коузов П. А. Очистка воздуха от пыли в циклонах//ЛИОТ.- Л-1938.- 88 с.

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

58. Кузнецов В.И. Вихревая труба с вращающейся камерой энергетического разделения // Изв. Вузов. Машиностроение-1988, № 2.-С. 67-72.

59. Кузнецов В.И. Основа эффекта Ранка вязкость //ОмПИ. Омск-1987- 15 с. - Доп. вВНИТИ06.02.87. № 865-887.

60. Кузнецов В.И. Процесс энергообмена в вихревой трубе и способы повышения её эффективности // ОмПИ, Омск.- 1986.- С.5.

61. Кузнецов В.И. Управление параметрами вихревого эффекта вращением камеры энергетического разделения // ОмПи. Омск-1987.-С.9.

62. Кузнецов В.И. Теория и расчет эффекта Ранка.// ОмТГУ.- 1995.- 217 с.

63. Кузьмин В.В., Пустовойт Ю.А., Фафурин A.B. Экспериментальное определение пристеночного трения при движении закрученногопотока в цилиндрическом канале // Вихревой эффект и его промышленное применение Куйбышев - 1976-С. 183 - 186.

64. Кутателадзе С.С., Волчков Э.П., Терехов В.И. Аэродинамика и тепломассообмен в ограниченных вихревых потоках.- Новосибирск.-1987.- 282 с.

65. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассобмен и трение в турбулентном пограничном слое,- М.: Энергоатомиздат.- 1985 С.318.

66. Лагуткин М.Г., Баранов Д.А. и др. Расчет разделяющей способности цилиндроконического гидроциклона на основе детерминированного подхода.// Хим. и нефтегазовое машиностроение.- 2004, №5.- С.З.

67. Лазарев В.А. Циклоны и вихревые пылеуловители:Справочник.-Н.Новгород.-2005.- 285 с.

68. Лейтес И.Л., Соснина М.Х., Семёнов В.П. Теория и практика химической энерготехнологии.- М.: Химия.- 1988.- 238 с.

69. Летягин В.Г., Щукин В.К., Халатов A.A., Кожевников A.B. Гидравлическое сопротивление при течении закрученного потока в длинных трубах // Вихревой эффект и его применение в технике.-Куйбышев.- 1976.- С. 203 209.

70. Липатов Г.Н. О поперечной миграции одиночных частиц в ламинарном газовом потоке. //Изв. АНСССР. Механика жидкости и газа.- 1979, №3.- С. 156.

71. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.-М.: Наука.- 1973.-847 с.

72. Лукьянов В.И. Исследование закономерностей течения и тепломассобмена в закрученного потока воздуха в кольцевом канале // Вихревой эффект и его промышленное применение.- Куйбышев.-1981.- С. 299-303.

73. Лукьянов В.И,, Алимов Р.З. Исследование теплоотдачи от стрежня, расположенного в приосевой зоне закрученного потока трубах // Вихревой эффект и его применение в технике.- Куйбышев.- 1976.-С. 199-203.

74. Любимов Д.В., Тарунин Е.Л., Ямшинина Ю.А. Теоретическая модель эффекта Ранка-Хилша. //Научный журнал "Математика".-Пермь: Пермский университет 1994, №1- С.162-177.

75. Марков В.В. Разработка для котельных установок высокоэффективной системы золоулавливания с вихревыми аппаратами.- Дисс.М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина.- 2000 143 с.

76. Мартынов A.B., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? .- М.: Энергия.- 1976.- 152 с.

77. Мартынов A.B., Бродянский В.М. Исследование параметров вихревого потока внутри трубы Ранка-Хилша//. ИФЖ, т.ХП.- 1967.- май.

78. Мартыновский B.C., Алексеев В.П. Вихревой эффект охлаждения и его применение.// Холодильная техника.- 1953, № 3.

79. Мартыновский B.C., Алексеев В.П. термодинамический анализ эффекта температурного разделения газов и паров. //Теплоэнергетика.- 1955.-№ 11.

80. Мартыновский B.C., Алексеев В.П. Исследование эффекта температурного разделения газов и паров.// ЖТФ.- 1956. вып. 10, № 26.

81. Мартыновский B.C., Алексеев В.П. Эффект температурного разделения перегретых паров и опытная проверка гипотезы Хилша-Фултона.// Известия АН СССР.- 1956 № 3.

82. Машиностроение. Энциклопедия. T.IV-12. Машины и аппараты химических и нефтехимических производств/ М.Б. Генералов, В.П.,

83. Александров и др.; Под общ. ред. М.Б. Генералова.-М.: Машиностроение.-2004.- 832 с.

84. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике.- М.: Машиностроение 1969 - 184 с.

85. Метенин В.И., Савельев С.Н. Исследование аэродинамики конических вихревых труб. // Труды ЛГИ.- 1980, № 2 С. 108-114.

86. Методика подбора циклонов для пылеулавливания с технико-экономической оптимизацией циклонных установок // Ленгнпрогазо-очистка- Л-1987 76 с.

87. Методические рекомендации по расчету мокрых пылеуловителей АЗ-679 М Госстрой СССР ГПИ Сантехпроект - 1976 - 64 с.

88. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.- Л.: Гидрометео-издат- 1987 93 с.

89. Методические рекомендации по расчету уровня загрязнения атмосферы межкорпусных пространств в промышленных площадках//Науч. тр. ин-тов охраны труда ВЦСПС 1971, Вып. 107 - С. 74-118.

90. Некоторые вопросы исследования вихревого эффекта и его промышленного применения.// Материалы I Всесоюзной науч.-тех. конференции.- Куйбышев: КуАИ 1974 - 276 с.

91. Некофар Корос Хоссейн Моделирование процесса температурного раздедления газа (эффект Ранка) на основе расширении версии термодинамика. Дис. техн. наук.-М 2005.- 108 с.

92. Ниязов В.Я., Мыльцев Л.П. О влиянии закрутки потока на работу сверхзвукового сопла // Некоторые вопросы исследования вихревого эффекта и его промышленного применения.- Куйбышев.- 1974.- С. 150- 154.

93. Оборудование для санитарной очистки газов/. Справочник.- Киев: Тэхника-1989 304 с.

94. Осипенко Ю.И. Исследование тепломассобменных аппаратов с комбинированной закруткой потока применительно к системам охлаждения энергетического оборудования. Автореф. дис. к.т.н. .Киев.- 1982 18 с.

95. Очистка промышленных газов от пыли/ В.Н. Ужов, А.Ю.Вальдберг, Б .И. Мягков, И.К. Решидов.-М. :Химия.- 1981 392 с.

96. Петров С.П. Экспериментальное исследование смешения коаксиальных закрученных потоков в цилиндрическом кольцевом канале // Вихревой эффект и его применение в технике.- Куйбышев.- 1984.-С. 228 232.

97. Пиралишвили Ш.А., Новиков H.H. Влияние входной температуры на эффект разделения // МФЖ.-1983.-т.15.-С. 377-380.

98. Пиралишвили Ш.А., Поляев В.М., Сергеев М.Н. Вихревой эффект. Эксперимент, теория. Технические решения / Под. Ред. Леонтьева А.И. .- М,: Энергомаш 2000 - 412 с.

99. Пиралишвили Ш.А., Спичакова М.В. Физико-математическая модель процесса энергоразделения газа в вихревых трубах // Тепломассообмен в закрученных потоках : труды 3 Межд. конф.- 2008.- С. 85-86.

100. Пирумов А. И. Обеспыливание воздуха М.: Стройиздат.- 1981.207 с.

101. Плотников В.А., Тарасова Л.А., Трошкин O.A. Газодинамика вихревой трубы // ТОХТ.- 2002, т. 36, №2.- С.358-362.

102. Плотников В.А., Трошкин O.A. Приближенная модель вихревого потока, ограниченного проницаемыми стенками. // ТОХТ.- 1988, т.22, №5.- С.703.

103. Плотников В.А., Трошкин O.A., Калекин B.C. Газодинамическая модель вихревого эффекта // Хим. и нефтегазовое машиностроение.-1999, №2.-С.З.

104. Поршенев Н.В. Ходорков И.Л. Опыт работы универсальной конической вихревой трубы на природном газе.//Сибирский промышленник.- март 2004 - С.5-8.

105. Пыль промышленная. Лабораторные исследования физико-химических свойств промышленной пыли: РТМ 26-14-10—78/Управление главгазоочистки Минхимнефтемаша СССР.- М.-1978.- 134 с.

106. Резник В.Е., Горелов Г.М., Данильченко В.П., Александров A.A. Исследование теплоотдачи в трубах с пристенными осевыми вихрями канале // Вихревой эффект и его применение в технике.- Куйбышев.-1984.- С. 239 242.

107. Резник В.Е., Горелов Г.М., Данильченко В.П., Александров A.A. Исследование теплоотдачи в трубах с пристенными осевыми вихрями канале // Вихревой эффект и его применение в технике.- Куйбышев.-1984.- С. 239-242.

108. Рекус И.Г., Шорина О.С. Основы экологии и рационального природопользования.-М.: Изд-во МГУП 2001 - 146 с.

109. Русак A.M., Целищев В.А., Ахметов Ю.М., Соловьев A.A. Экспериментальное исследование вихревой трубы.// «Мавлютовские чтения : сб. трудов Российской научно-технической конференции.-Т.4.- 2006-Уфа,- С.101-105.

110. Русак A.M., Целищев В.А., Ахметов Ю.М., Соловьев A.A. Экспериметальное исследование двухступенчатой вихревой трубы для охлаждения замкнутого объема// Мавлютовские чтения: сб. трудов Российской научно-технической конференции -т.4- 2006.-Уфа.-С.106-111.

111. Рябов А.П., Гусев М.А., Жидков М.А. и др. Трехпоточные вихревые трубы в нефтедобывающей и газовой промышленности. // Нефтегазовые тенологии М.- февраль - С.2-7.

112. Савельев С.Н., Бобров B.B. Экспериментальные исследования конических вихревых труб. // Кн. Тезисы докладов областной научно-техн. конференции.- Куйбышев: КПтИ- 1977 С. 104-106.

113. Сажин Б.М., Гудим JIM. Вихревые пылеуловители М: Химия-1995.- 144 с.

114. Сажин Б.М., Гудим Л.М., Корпухович Д.Т. Сравнительные испытания пылеуловителей со встречными потоками и циклонами. //Хим. промышленность.- 1984-№10.

115. Сажин Б.С., Булеков А.П., Сажин В.Б. Эксергетический анализ работы промышленных установок,- M.- 2000.-С.297.

116. Система высокоэффективной очистки газов для улавливания катализатора в аппаратах с кипящим слоем// Проспект ВДНХ.- М,-1974.- 4 с.

117. Скоростные промыватели СИОТ: Типовые чертежи, серия 4.904—61.-ЦИТП.- 106 с.

118. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги М.: Машиностроение.- с.54

119. Соловьев A.A. Численное и физическое моделирование процессов энерго и фазоразделения в вихревых трубах.- Автореф. дис. к.н.т.-УГАТУ.- 2008.- 16 с.

120. Соловьев A.A., Турин C.B. Исследование возможности изотермического процесса при дросселировании в вихревом регуляторе давления газа.//Вестник УГАТУ, т.8,№1- Уфа.- 2006- С.3-6.

121. Сорин В.М., Бродянский В.М. Методика однозначного определения энергетического КПД технических систем преобразования энергии и вещества. //Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1985, № 3 - С. 76-88.

122. Справочник по пыле- и золоулавливанию /.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др.; Под ред. A.A. Русанова. М.: Энергоатомиздат.- 1983. - 312 с.

123. Суслов А.Д., Воробьев И.И., Чижиков Ю.В. Исследование процесса термовлажностной обработки воздуха в вихревой трубе // Известия вузов, Машиностроение.- 1990, № 6.- С.35-41.

124. Суслов А.Д., Иванов C.B., Мурашкин A.B., Чижиков Ю.В. Вихревые аппараты М.: Машиностроение - 1985 - 256 с.

125. Суслов А.Д., Чижиков Ю.В. Методика расчета вихревой трубы // некоторые вопросы исследования вихревого эффекта и его промышленное применение: Материалы всесоюз. науч. техн. конф.-Куйбышев.-1974 С 40-46.

126. Такахама X., Иокосава X., Энергетическое разделение потоков в вихревой трубе с диффузорной камерой.// Теплопередача.- 1981, № 2.- С.10.t • »

127. Таверовский Б.З., Ященко В.Е. и др. очистка промышленных газов в сухих инерционных пылеуловителей.// Хим. и нефт. машиностроение.- 1987.-№7.

128. Тарг С.М. основные задачи теории ламинарных течений.-М.: Гостехиздат.- 1951.

129. Тарасова Л.А., Терехов М.А, Трошкин O.A. Комбинированная система очистки, нагрева и охлаждения воздуха. // Экология и промышленность России.- Октябрь 2003.- С.17-19.

130. Тарг С.М. Основные задачи теории ламинарных течений. М.: Гостехиздат. 1961.

131. Терехов М.А. Эффективность тепловых процессов и очистки воздуха от пыли в вихревой трубе низкого напора.- Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.-. М.: МГУИЭ 2004.

132. Трошкин O.A. Некоторые закономерности течения вязкой жидкостив поле действия центробежной силы.//ТОХТ.- 1976, т.Х, № 5.136. Трошкин O.A., Плотников В.А. Исследование устойчивости вращающегося потока жидкости.// ТОХТ.-1980, т. XIV, № 5.- С.745.

133. Трошкин О.А.О проскальзывании жидкости в роторе распылителя // ТОХТ,- 1974,VIII, № 2.- С. 303.

134. Ужов В. Н., Вальдберг А. Ю. Очистка газов мокрыми фильтрами-М.: Химия 1972 - 248 с.

135. Хинце И.О. Турбулентность М: Изд-во физ.-мат.лит.- 1963.

136. Циклоны: Каталог / ЦИНТИхимпсфтемаш М - 1977.

137. Циклоны НИИОГАЗ. Руководящие указания по проектированию, изготовлению и эксплуатации.- Ярославль: Верхне-Волжское книжное изд-во.- 1971.- 94 с.

138. Цынаева A.A., Ковальногов H.H., Жуховицкий Д.Л. О влиянии показателя политропы газа на вихревой эффект // Тепломассообмен в закрученных потоках: труды 2 Межд. конф.- 2005.- С. 160-161.

139. Цыплин С.В., Бобров Д.А. Термоэкономическая оптимизация тепловых энерготехнологических систем.//Кн. Методы кибернетики химико-технологических процессов.- М 1984.

140. Чижиков Ю.В. экспериментальное исследование расходных характеристик вихревой трубы // Глубокий холод и кондиционирование :Труды МВТУ.-1976.-№ 239 С. 127-129.

141. Чижиков Ю.В. О зависимости величины эффекта Ранка от физической природы рабочего тела // Известия РАН. Энергетика-1997.- №2.- С.130-133.

142. Чижико Ю.В. Развитие теории, методов расчета и промышленного использования вихревого эффекта.- Автореф., д.т.н.- 1998.- МВТУ.

143. ШлихтингГ. Теория пограничного слоя.- М.: Наука.- 1974.- 744 с.

144. Штербачек 3., Тауск И. Перемешивание в химической промышленности.- JL: Госхимиздат.- 1963.

145. Alekseev V.P., Azaroff A.I. Development, investigation and application of non-adiabatic vortex tubes (B2.41)//14 Int.Congr. of Refrig. Moscow.-1978.-Vol. II.- P. 997-1004.

146. Azarov A. Qualimetric method of comparison of refrigerating systems according to the totality of their technological and operational haracteristics//Int.Conf. Resources saving in food industry. -St.Petersburg.-1998 P. 143-144.

147. Canny J.F. A computational approach to edge detection // IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelegence.- 1986 P. 679-698.

148. Frohlingsdorf W., Unger H. Numerical investigation of the compressible flow and the energy srparation in Rangue-Hilsch tube // J/ of Heat and Mass Transfer.- 1999, № 42.- P. 415-422.

149. Kenney W.F. Energy conservation in the process industries. New. York Acadimg Press.-1984.

150. Kuibin P.A., Okulov V.L. Self-induced motion and asymptotic in the vicinity of a helical vortex filament.- Phys. Fluids, .-1998.-vol.l0.-P.607-614.

151. Nemirovkii S.K/ Gaussian model of vortex tangle in He II? Physical Review/ В.- 1998.- vol.57,no.9.

152. Ruck В., Pavlovski B. Laser Tomography for Flow Structures Analyses // High Temperature 2000 - Vol. 38 - № 1- P. 106-117.

153. Singh M., Narayankhedlkar K.G. Personal cooling belt.-Revue Internationale du Froid 1982 - v.5, N 5- p.314-315.

154. Sohn C.H., Jung U.H. and Kim C.S. Investigation of the energy separation mechanism in the vortex tube.- 2000.

155. Takahama H., Tonimoto K. Study of Vortex Tubes.Effect of the Bend of a Vortex Chamber.-Bull. ISME.- 1974.-v. 17.-N 108.- p.740-747.

156. Volchkov E.P., Semenov S.V., Terekhov V.I. Heat transfer and shear strees end wall of a vortex chamber/ZExperimental Nhermal and Fluid Sci.-1991.-vol.4,no.5.- P.549-558.

157. Yesin M., Rinkevichius B., Tolkachev A. Unsteady 3D Flow Visualization With Laser Tomography // CD Rom Proc. of The Millenium 9th Int. Symp. on Flow Visualization Edinburgh - 2000 - Paper № 329.

158. Yesin M.V., Rinkevichius B.S., Tolkachev A.V. 3D Images Reconstruction of the Objects with Indistinet Boundaries. Accepted to the Seventh International Symposium on Laser Metrology 9-13 September 2002.- Novosibirsk. Russia

159. Yesin M.V., Rinkevichius B.S., Tolkachev A.V. 3D visualization of the unsteady flows and vortexes // Laser Anemometry Advances and Aplications. Limerick Ireland - 2001 - P. 317-325.

160. Widnall S.E., bliss D.B., Zalay A. Theoretical and experimental study of the stability of a vortex pair// Hroc. Symp. On Aircraft Wake Turbulence Seattle, Washington, Plenum - 1971-P. 305-338.