Диссертация (1025509), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

При этом общий расход на входе вгидроциклон определялся путем суммирования расходов на выходе изисследуемого образца с последующим вычитанием значения инжекционногорасхода.На первом этапе исследования проводились для образца гидроциклонаd50 при конструкцияхинжектора: T1, T2, T4, R2, R4.В процессеисследований расход на входе в гидроциклон изменялся от 7∙10-4 до 1,3∙10-3м3/с (от 42 до 79 дм3/мин) с погрешностью результатов измерений не более15%, расход инжектированной воды изменялся от 0 до 1,33∙10-4 м3/с (0 до 8дм3/мин) с шагом 3,3∙10-5 м3/с (2 дм3/мин) с аналогичной погрешностью.На следующем этапе исследований серия экспериментов была повторенадля образца гидроциклона d25 с инжектором конструкции T1 при расходахна входе от 1,6∙10-4 до 2,3∙10-4 м3/с (от 9,8 до 13,8 дм3/мин), расходинжектированной воды изменялся от 0 до 3,3∙10 -5 м3/с (от 0 до 2 дм3/мин) сшагом 1,7∙10-5 м3/с (1 дм3/мин).Независимо от этапа исследований производилось вычисление сплитпараметра по зависимости (1.2) с относительной погрешностью не более15%.На последнем этапе производилась статистическая обработка полученныхданных по известным методикам.1263.1.3.Методикаэкспериментальногоисследованияразделяющейспособности классификационных аппаратовС целью определения функции эффективности разделения частиц вобразцахцилиндроконическихгидроциклонов-классификаторовмалыхразмеров с инжекцией была разработана методика ее определения,базирующаяся на методе отбора проб.После выхода стенда на стационарный режим работы отбирались пробысуспензии объемом 1л на входе в гидроциклон и из нижнего слива.Полученные пробы взвешивались на аналитических весах для последующегоопределенияконцентрации.Вдальнейшемполученныерезультатыобрабатывались в виде зависимости:T (di )  miн miвх ,(3.1)где miн – массовая доля частиц i-ой фракции, поступивших в пробу изнижнего слива гидроциклона, miвх – массовая доля частиц, поступившая вгидроциклон.Пробы,отобранныенавходеивыходахизаппарата,послепредварительной обработки анализировались при помощи фракционноголазерного анализатора Malvern 2000 с разрешающей способностью 0,01 мкм(Рисунок 3.6,а).Представительность отобранных из стенда проб обеспечивается ихпредварительной подготовкой с помощью гравитационного разделителя имагнитной мешалки (Рисунок 3.6,б, 3.6,в).

Перед подачей анализируемойпробывприбореенеобходиморазбавлятьдоуровняобъемныхконцентраций порядка 0,004 %.Методикасуспензиипроведениявключаетвизмерениясебяфракционногоизмерениефона,составасоздаваемогообразцачистойдистиллированной водой, добавление и диспергирование пробы, измерениеполученной суспензии, преобразование сигнала с детекторов в функцию127распределения на компьютере с последующей промывкой аппарата послекаждого измерения.а)б)в)Рисунок 3.6. Лабораторное оборудование: а) лазерный фракционныйанализатор Malvern Mastersizer2000; б) гравитационныйразделитель; в) магнитная мешалкаС целью проверки репрезентативности измерение повторяется не менеетрех раз.

Суммарная погрешность результатов измерения с помощьюприбора не превышала 10%.В результате анализа проб при помощи анализатора Mastersizer 2000 длякаждого образца были получены функции распределения частиц поразмерам.Пример протокола измерения проб суспензии представлен на Рисунке 3.7.123Рисунок 3.7. Пример протокола измерения проб суспензии: 1 – на входе вгидроциклон, 2 – в верхнем сливе аппарата, 3 – в нижнем сливеаппарата128В результате получены значения объемных долей частиц i-ой фракции,поступивших в пробы на входе в гидроциклон  iвх и в нижнем сливе аппарата iн .

При этом для выбранного модельного загрязнителя в результатепредварительных исследований было установлено, что с необходимойточностью выполняется соотношение T (di )  miн miвх  iн iвх .На окончательном этапе производился расчет с целью получениязначений для построения функции эффективности разделения T(di).3.1.4Методикаосновныхпроведенияпотоковвмодельныхисследованийклассификационныхаппаратахструктурынаосновевычислительного экспериментаС целью нахождения определяющих параметров процесса классификациив цилиндроконических гидроциклонах с инжекцией были осуществленымодельные исследования гидродинамики потоков внутри аппарата на основевычислительного эксперимента с помощью стандартного пакета прикладныхпрограмм Fluent 6.3.26.В рамках сделанных допущений моделирование выполнялось на основедвумерного осесимметричного приближения для закрученных несжимаемыхвязких турбулентных течений [75].

Для описания турбулентных напряженийиспользовалась модель напряжений Рейнольдса. Краевые условия задавалисьследующим образом: на основном входе в гидроциклон:u z  0 ; u   Q d ц a ; w'0  Q a  b ;(3.2)здесь u z , u , w'0 – осевая, радиальная и тангенциальная компонентыскорости основного потока на входе в аппарат; на входе в гидроциклон через инжектор:u z  0 ; u in   Qin d цin d in ; w'in  4Qin nind in2 ;in(3.3)129inздесь u z , u in , w' in – осевая, радиальная и тангенциальная компонентыскорости инжекционного потока на входе в гидроциклон через инжектор,nin – число сопел инжектора, d цin – диаметр гидроциклона в сеченииинжектора. Ширина области инжекции выбиралась из условия равенствасуммарной площади поперечных сечений инжекционных сопел площадикольцевого инжекционного участка в модели; на нижнем и верхнем сливах из гидроциклона задавали давление, равноеатмосферному,дляостальныхпараметровзадавались«мягкие»граничные условия; на оси симметрии задавались условия симметрии u  0 , 0.rНапряжения Рейнольдса на стенке гидроциклона определялись пометодике, изложенной в [141].

Для численного решения определяющейсистемыуравненийпроводиласьдискретизацияобластина41252четырехугольные ячейки с использованием предпроцессора Gambit 2.3.16.Решение системы уравнений количества движения и системы уравненийнапряжений Рейнольдса выполнялось с помощью противопоточной схемывторого порядка точности с привлечением алгоритма PRESTO! [141] длярасчета давления на гранях ячеек. Согласование между полем давления иполем скорости реализовано на основе алгоритма PISO [141].Моделирование проведено для гидроциклона d50 с тангенциальным ирадиальным двуструйными инжекторами (T2 и R2).Кроме того, определение гидродинамической обстановки в ограниченномобъеме осуществлялось косвенным методом путем обработки результатовизменения фракционного состава [102].1303.1.5 Методика нахождения основных определяющих параметровразработанной модели процесса разделения полидисперсных систем вклассификационных аппаратахДля проведения модельных исследований с целью нахождения основныхопределяющих параметров разработанной модели была создана прикладнаяпрограмма расчета, при помощи которой для разделяемой дисперснойсистемысучетомконструкцииаппаратоврассчитываетсяфункцияплотности распределения f=f(r) частиц размера dч по безразмерному радиусуr аппарата в соответствии с выражением (2.33) при n  0,5;1 .

Былипроведены модельные исследования для образцов гидроциклонов d50 и d25 сf(r)T1 и T2. Примеры результатов расчета при n=1 представлены на Рисунке 3.8.1,2dч :1,00,5 мкм0,82 мкм5 мкм0,610 мкм0,420 мкм0,230 мкм0,040 мкм0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0rРисунок 3.8. Результаты модельных расчетов f=f(r) по относительномурадиусу цилиндрической части r образца гидроциклона d50при Q=9∙10-4 м3/с (54 дм3/мин)Далее полученные результаты преобразовываются с помощью выражения(2.36) в функцию эффективности разделения вида Т=Т(dч) (Рисунок 3.9).Затем производится сопоставление результатов экспериментальных имодельныхисследований(Рисунок3.9)споследующимнахождением основных определяющих коэффициентов модели.расчетным131Qin /Q:1,0ЭКСП 54/0ЭКСП 54/2ЭКСП 54/4ЭКСП 54/6РАСЧЕТ 54/0РАСЧЕТ 54/2РАСЧЕТ 54/4РАСЧЕТ 54/6T(dч)0,80,60,40,20,005101520253035dч мкмРисунок 3.9.

Расчетная и экспериментальная функции эффективностиразделения частиц Т(dч) для образца гидроциклона d50 синжектором T2 при основном расходе Q=9∙10-4 м3/с (54дм3/мин) и различными инжекционными расходами Qin = 0;3,3∙10-5; 6,6∙10-5; 10-4 м3/с (0, 2, 4, 6 дм3/мин)В соответствии с математической моделью расчетная формула длякоэффициента интенсивности центробежного воздействия для частиц каждойфракции имеет вид:c(n  1) D 2 k ф2 d чi2 (  ч   с )(3.4)18S 02и однозначно определяется свойствами разделяемой дисперсной системы иконструктивными характеристиками аппарата.В свою очередь коэффициент интенсивности классификационноговоздействияkAS2n 10 Qk' Q (n  1) in inh k0h2S 0n 1(3.5)определяется не только конструктивными характеристиками аппарата исвойствамиразделяемойдисперснойсистемы,ноиегорасходными и гидродинамическими характеристиками, включая высотурабочей зоны.132В результате величина A∑, входящая в состав выражения (3.5),определяется в виде:A  (n  1)Q Q 1  k 'in k0 in  .k0 h Q (3.6)Таким образом, с использованием метода выделения сомножителя Q  ипоявляется возможность раздельного исследования величин kh 0 Q 1  k 'in k0 in  в комплексе определяющих величины A∑ и k.QЗначение коэффициента k0, входящего в выражение (3.6), вычисляется спомощью дополнительных коэффициентов K Р  k 0  h рз h и K B  h  hрз  h ,которыехарактеризуютотносительныезначенияосновнойh рзивспомогательной h  h рз  высоты рабочей зоны h вертикального сечениямежду разгрузочными отверстиями, причем K Р  K B  1 , где K Р и K Bвычисляются по формулам: K '' Fr 'K B  e K '' Fr ' и K Р  k 0  1  e.(3.7)При обработке результатов по определению величины k0 в качествеодного из определяющих параметров была принята величина фактораразделения Fr '   2 R g  w' 0 2 gR ц .

Характеристики

Список файлов диссертации