Расчет и конструирование вихревых сепарационных аппаратов на основе структурного анализа гидродинамики закрученных потоков

• Автор: Иванов, Александр Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Дзержинск
• Количество страниц: 307 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Условные обозначения .

Введение .

Глава 1. Актуальные проблемы исследования и конструирования вихревых

сепарационных аппаратов ВСА .

1.1. Общая характеристика ВСА .

1.2. Проблемы расчета гидродинамики и разделительных процессов в ВСА

1.3. Проблемы конструирования ВСА .

Выводы и постановка задач исследования .

Глава 2. Структурный анализ динамики несущей среды в ВСА

2.1. Ламинарный аналог осредненного турбулентного течения .

2.2. Особенности схемы постоянной турбулентной вязкости. Способ
постановки граничных условий
2.3. Примеры расчета осредненных полей скоростей
2.3.1. Циклонная камера .
2.3.2. Цилиндрический циклон гидроциклон.
2.3.3. Цилиндроконический циклон гидроциклон
2.3.4. Пылеуловитель со встречными закрученными потоками ВЗП
2.3.5. Прямоточный циклон .
2.3.6. Способ замыкания граничных задач. Экспериментальная
апробация результатов расчета .
2.4. Пульсационные характеристики течения .
2.5. Интегральные гидродинамические параметры .
2.5.1. Геометрические параметры осевой циркуляционной зоны .
2.5.2. Сопротивление трения и потеря начальной закрутки потока
2.5.3. Распределение выходных потоков в гидроциклонах
2.5.4. Коэффициенты гидравлического сопротивления .
2.5.5. Эжекционныс характеристики осевой циркуляционной зоны
2.6. Выводы .
Глава 3. Анализ динамики и сепарации дисперсной фазы
3.1. Модель разделительного процесса .
3.2. Примеры расчета .
3.2.1. Цилиндроконический циклон гидроциклон .
3.2.2. ПылеуловительВЗП
3.3. Динамика и сепарация неизометрических частиц в ВС А
3.3.1. Модель ориентации частиц в турбулентном закрученном потоке
3.3.2. Экспериментальное исследование пространственной ориентации частиц .
3.3.3. Корректировка модели разделительного процесса
3.3.4. Экспериментальное исследование разделительного процесса
3.4. Выводы .
Глава 4. Разработка рекомендаций по конструированию ВСА
4.1 Выбор относительных размеров проточной части
4.1.1. Радиус осевой циркуляционной зоны
4.1.2. Сечения входных и выходных отверстий .
4.1.3. Смоченная длина проточной части
4.1.4. Длина конуса .
4.1.5. Разгрузочное соотношение .
4.1.6. Параметры завихрителей .
4.2. Выбор абсолютных размеров проточной части
4.3. Учет эжекционного эффекта в осевой циркуляционной зоне .
4.4. Выводы .
Глава 5. Разработка типоразмерных рядов гидроциклонных аппаратов .
5.1. Гидроциклоны из пластмасс
5.1.1. Выбор конструкционных материалов и технологии изготовления
5.1.2. Разработка конструкции гидроциклонов .
5.1.3. Разработка технологической оснастки
5.1.4. Эксплуатационные характеристики гидроциклонов
5.2. Металлические гидроциклоны .
5.3. Батарейные гидроциклоны
5.3.1. Батарейные гидроциклоны с центральным коллектором .
5.3.2. Батарейные гидроциклоны с гидроциклоном предварительной очистки .
5.4. Выводы .
Глава 6. Практическая реализация результатов работы
6.1. Разработка и внедрение ВСА в сепарационных установках производств полимеров винилхлорида .
6.1.1. Двухступенчатый гидроциклонный узел очистки сточных вод производства перхлорвиниловой смолы .
6.1.2. Гидроциклонные узлы очистки сточных вод производств суспензионного ПВХ и сополимера ВА .
6.1.3. Узел питания сушильных башен производства эмульсионного ПВХ
6.1.4. Установка пылеулавливания производства суспензионного ПВХ
6.2. Разработка гидроциклонных аппаратов для установок разделения
суспензий и очистки сточных вод в технологии нитроцеллюлозы
6.2.1. Установка сгущения технологических суспензий
6.2.2. Установки очистки сточных вод .
6.3. Разработка ВСА для специализированных очистных установок .
6.3.1. Установка очистки дымовых газов ТЭЦ .
6.3.2. Установка пылеулавливания производства активированных углей
6.3.3. Установка оборотного водоснабжения прокатного стана .
6.4. Выводы .
Общие выводы по диссертации
Литература


Так как средняя квадратичная пульсационная компонента скорости несущей среды составляет в ВС А до от ее осредненной скорости 3, 8, то прет типичных скоростях порядка мс стоксовская скорость осаждения частиц размером менее мкм оказывается значительно меньшей по сравнению с радиальной составляющей средней пульсационной скорости, и такие частицы более или менее равномерно распределяются по всему сечению аппарата. Создание универсальной математической модели турбулентного двухфазного закрученного потока является необходимым условием для разработки адекватных методов расчета вихревых аппаратов разного технологического назначения, оптимизации их режимных и конструктивных параметров, сокращения дорогостоящих экспериментальных исследований. В общем случае такая модель должна обеспечивать, с одной стороны, максимально точное прогнозирование показателей разделения при изменении того или иного существенного параметра, с другой стороны, получение информации о возможных путях интенсификации разделительного процесса. Чтобы обеспечить получение этих данных, модель должна давать информацию о всех важных аспектах течения геометрические характеристики, граничные условия, физические свойства сред, турбулентность и т. Математические модели, все более приближающиеся к реальности и дающие все более подробную информацию о процессе, развиваются как по пути увеличения размерности модели вместе с методами численного решения, так и более точного описания протекающих физических процессов Возникающие при этом трудности связаны с двумя аспектами моделированием и решением. Как указывается в , в настоящее время далеко от завершения даже построение моделей однофазных турбулентных течений, хотя уже известен целый ряд достаточно эффективных моделей, и расчет многих из них не вызывает принципиальных сложностей. Для описания гидродинамики низкоконцентрированных гетерогенных потоков, где влияцие дисперсной фазы на движение несущей среды невелико, такие модели оказываются вполне приемлемыми. Гидродинамические модели ВСА могут бьгть разделены на две группы модели реальной жидкости, основанные на решении уравнений Эйлера, и модели вязкой жидкости, в основе которых лежат уравнения НавьеСтокса или Рейнольдса. Анализ моделей невязкого потока , , 9, 4 и др. Более адекватные результаты дают модели турбулентного движения вязкой жидкости , 9, 3, 4 и др Однако и здесь возникает целый ряд трудностей, связанных с замыканием исходных уравнений, непротиворечивой постановкой граничных условий, громоздкостью получаемых моделей и сложностью их численной реализации. Успехи, достигнутые в этом направлении, позволяют рассматривать его как более перспективное. Моделирование динамики дисперсной фазы в ВСА затрудняется в первую очередь детерминированностохастическим характером движения полидисперсных частиц в турбулентном закрученном потоке, осложненным взаимодействием частиц со стенками, друг с другом и с несущим. Относительно простые модели динамики дисперсной фазы в ВСА могут быть реализованы в рамках лагранжева подхода, предполагающего интегрирование уравнений движения вдоль отдельных траекторий частиц 5, 5, 6. Примеров использования континуального подхода при расчете ВСА пока немного. Его применение представляется наиболее приемлемым для малоинерционных частиц, размеры которых значительно меньше масштаба турбулентности несущего потока . Детерминированное описание движения частиц в турбулентном закрученном потоке основано на решении уравнений только для средних величин, т е. По мнению применение данного подхода представляется оправданным для частиц, размер которых соизмерим с масштабом турбулентности или превышает его. Многочисленные публикации по вопросам практических приложений вихревых аппаратов дает основание констатировать, что область промышленного распространения ВСА с каждым годом неуклонно расширяется. Использование ВСА позволяет повысить компактность и единичную производительность сепарационных установок, сократить срок их окупаемости, повысить эффективность протекающих процессов. Эффективность вихревых аппаратов отмечается авторами всех упомянутых выше монографий и обзорных статей по этой тематике. Однако существуют факторы, осложняющие процесс распространения ВСА. Несмотря на наблюдающееся бурное расширение областей применения ВСА, нет данных о полной замене ими альтернативной сепарационной аппаратуры отстойники, фильтры, центрифуги и т.