Исследование и разработка высокоэффективных циклонных устройств для очистки и теплового использования газовых выбросов предприятий химико-лесного комплекса

• Автор: Карпов, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 473 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Основные условные обозначения

Введение
1. Анализ современного состояния исследования и использования циклонных сепарационных и теплоутилизационных устройств в промышленности

1.1. Циклонные пыле- и каплеуловители

1.2. Циклонные сепараторы-теплоутилизаторы

2. Описание экспериментальных установок и методик измерений

2.1. Описание стендов и методики эксперимента для исследования аэродинамики циклонных устройств
2.1.1. Экспериментальные установки для исследования аэродинамики циклонных сепарационных устройств

2.1.2. Методика измерений

2.1.3. Погрешности измерений

2.1.4. Программа испытаний
2.2. Описание стендов и методики эксперимента для исследования конвективного теплообмена в циклонных устройствах
2.2.1. Экспериментальные установки для исследования конвективного теплообмена на поверхности вставок
2.2.2. Методика измерений
2.2.3. Программа испытаний
2.2.4. Экспериментальная установка для исследования конвективного теплообмена на боковой поверхности циклонного сепаратора
2.3. Описание экспериментального стенда и методики исследования эф-
фективности очистки газов в циклонных и электроциклонных сепарационных устройствах
2.3.1. Погрешности измерений
2.3.2. Методика исследования свойств пылей
2.3.3. Экспериментальная установка для исследования электроци-

клонного сепарационного устройства
2.3.4. Вольтамперные характеристики ионизатора и электроциклон-
ного устройства
3. Теплофизические основы рабочих процессов в циклонных сепарационных и теплоутилизационных устройствах
3.1. Исследование влияния геометрических и режимных характеристик на движение газов в циклонных сепарационных устройствах
3.1.1. Влияние условий входа потока в рабочий объем
3.1.1.1. Конфигурация и размеры входных каналов
3.1.1.2. Распределенность входных каналов по периметру
3.1.1.3. Местоположение входных каналов на образующей
3.1.1.4. Угол ввода потока
3.1.2. Влияние условий выхода потока из рабочего объема
3.1.2.1. Форма выходного отверстия
3.1.2.2. Условия отвода газов из выходного канала
3.1.2.3. Длина выходного канала
3.1.3. Влияние вида и степени загрузки объема аппарата
3.1.4. Влияние числа Рейнольдса
3.2. Исследование влияния геометрических и режимных характеристик на технологическую и аэродинамическую эффективность циклонных сепараторов
3.3. Исследование конвективного теплообмена в циклонных сепарационных и теплоутилизационных устройствах
3.3.1. Трение и теплоотдача на боковой поверхности циклонных аппаратов
3.3.2. Конвективный теплообмен на поверхности цилиндрической вставки в циклонных сепарационных устройствах
4. Методика расчета циклонных сепарационных и теплоутилизационных
устройств
4.1. Определение основных аэродинамических характеристик циклонных устройств

4.2. Расчет аэродинамического сопротивления и расходных характеристик циклонных устройств
4.3. Определение полного и фракционных коэффициентов очистки газов в циклонных и электроциклонных сепарационных устройствах
4.4. Расчет конвективного теплообмена в циклонных сепараторах- теплоулови-телях
5. Энергоэкологоэкономическая оптимизация геометрических параметров и режимных характеристик циклонных сепарационных устройств и разработка рекомендаций по проектированию
5.1. Оптимизация геометрических и режимных характеристик циклонных сепараторов
5.2. Оптимизация геометрических и режимных характеристик циклонных сепараторов-теплообменников
5.3. Экологоэкономическая оптимизация циклонных сепараторов- теплоути-лизаторов
6. Разработка конструкций циклонных сепарационных и теплоутилизационных устройств для предприятий отрасли и рекомендации по их применению
Заключение
Список литературы Приложения

уменьшает ее тормозящее воздействие на вращающийся поток и, следовательно, приводит к повышению эффективности очистки газовой среды. На общую картину изменения г)о. а также <^Вх и других аэродинамических характеристик от степени запыленности может оказывать влияние соотношение массы пыли, находящейся в газовом потоке и отсепарированной на боковой поверхности камеры.
Приближенный анализ движения пылевого жгута в циклоне при высоких концентрациях твердой фазы содержится в работах (246, 279],
Вышерассмотренные результаты исследований позволяют сделать заключение, что разработка методики расчета, дающей возможность достаточно точно прогнозировать влияние концентрации газовзвеси на аэродинамическую, тепловую и технологическую эффективность циклонных сепараторов, требует продолжения всесторонних дополнительных экспериментальных и теоретических работ.
Определение технологической эффективности циклонных сепараторов расчетным путем до сих пор является довольно трудной задачей, несмотря на сравнительную простоту конструкций и большое количество разработанных теорий улавливания частиц в закрученном потоке [202, 246, 256, 267, 270, 273, 279, 283, 289, 313, 315, 322-324, 341-344, 333, 353, 354, 361-365, 377, 386,408,416,417,429]. Это связано, с одной стороны, со сложностью физических явлений, протекающих в циклонах [289] и их неоднозначной зависимостью от геометрических и режимных характеристик аппаратов, а с другой - приближенностью теоретических моделей, основанных на ряде допущений и грубой схематизации реальных процессов движения среды и сепарации твердой фазы [246, 279, 377]. Интересно отметить, что проблемой создания высокоэффективных циклонных сепараторов занимался выдающийся гидродинамик, основатель теории пограничного слоя Л. Прандтль. Им предложена одна из конструкций пылеуловителя [324].
Известные теоретические модели [246, 256, 279, 289, 386, 416] в большинстве основаны на определении так называемого критического диаметра */кр - минимального характерного размера частиц материала, улавливаемых с эффективностью 100 %. Первая попытка определения <7кр была предпринята еще в 1932 г. Розиным, Раммлером и Интельманом [400]. Принятые ими допущения: частицы не взаимодействуют друг с другом; частицы, достигшие боковой поверхности циклона, полностью улавливаются; сопротивление движению частицы в газовой среде описывается законом Стокса; эффект действия подъемной силы отсутствует; тангенциальная скорость движения частицы равна скорости газового потока, постоянна и не зависит от от ее местоположения, позволили получить расчетную зависимость
(1-34)