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

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

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

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

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

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

статический поток прямоточный давление

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

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

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

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

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

Критерии достоверности аппроксимации: R2- коэффициент детерминации, - критерий Дарбина-Уотсона, стандартная у и абсолютная ? ошибки.

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

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

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

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

Рис. 2. Зависимость полной скорости от безразмерного радиуса для ПЦПО конфигурации К1 (а) и К2 (б) в зоне ПО, точки отбора Т9

статический поток прямоточный давление

Рис. 3. Зависимость статического давления от безразмерного радиуса

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

Таблица 1. Зависимость скорости от безразмерного радиуса для ПЦПО с К1

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

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

Таблица 2. Зависимость статического давления от для ПЦПО с К1

Таблица 3. Зависимость скорости от безразмерного радиуса для ПЦПО с К2

Таблица 4. Зависимость статического давления от для ПЦПО с К2

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

Библиографический список

статический поток прямоточный давление

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

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

3. Гуцол А.Ф. Эффект Ранка // Успехи физических наук. Т. 167. № 6. С. 665-687.

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

5. Сабуров Э.Н., Карпов С.В., Осташев С.И. Теплообмен и аэродинамика закрученного потока в циклонных устройствах. Л. : Изд-во Ленинградского ун-та, 1989, 276 с

Размещено на Allbest.ru