Диссертация (1025509), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Наличие такого вихря приводит к тому, что инжекционнаяструя выступает как своеобразный запирающий элемент, изменяя высотурабочей зоны hрзT2 и заставляя большую часть жидкости от основногопитающего патрубка вытекать через верхний слив, что не противоречитэкспериментальным данным, представленным на Рисунке 3.12.Для радиального инжектора результаты моделирования проекции линийтока в гидроциклоне-классификаторе на ось r – z при различных значенияхинжекционного расхода представлены на Рисунке 3.17.При радиальном инжектировании под инжектором образуется небольшойвихрь, размеры которого несколько увеличиваются с ростом инжекционногорасхода.
В отличие от вихря, образовываемого тангенциальной струей, онслабо изменяет поле течения и мало влияет на высоту рабочей зоныгидроциклона-классификатора h рз R 2 и практически не запирает основнойпоток, тем самым позволяя основному потоку вытекать с прежнейинтенсивностьючерезнижнеесливноеотверстие.Посколькувсяинжектированная жидкость покидает гидроциклон через нижний слив, тоувеличение инжекционного расхода ведет к увеличению расхода суспензиичерезнижнийпатрубокгидроциклона,чтонепротиворечитэкспериментальным данным (Рисунок 3.13).Представленные результаты показывают, что инжекционный поток кактангенциального, так и радиального направления способен изменить высотурабочей зоны, что в свою очередь позволяет подтвердить правомерностьвыражения, предложенного для определения величины Ain, входящего всостав уравнения (2.7). Полученный результат по аналогии с выражением142(3.11) позволил определить постоянный коэффициент Аin в виде:Ain где k ' in k ' in (Qin , Q)k in (Qin , Q ) Qin k ' in (Qin , Q ) Qinhцh,(3.12)– новый постоянный коэффициент, учитывающийизменение высоты рабочей зоны аппарата, обусловленное интенсивностьюинжекционного расхода и конструкцией инжектора.
При этом вопрос обопределении взаимосвязи между величинами Qin, Q, неразрывно связанный снахождением определяющих параметров процесса, по-прежнему остаетсяоткрытым.hрзR2hрзR2hрза)в)б)Рисунок 3.17. Результаты численного эксперимента по расчету линий токавнутри образца гидроциклона d50 в проекции на плоскость r–z,где r – текущий радиус, z – высота для R2 при Q=9∙10-4м3/с (54дм3/мин):а)Qin=0;б)Qin=1∙10-4м3/с(6дм3/мин);в) Qin=2∙10-4 м3/с (12 дм3/мин)Таким образом, изменение высоты рабочей зоны h рз при тангенциальноми радиальном способах инжектирования (Рисунки 3.16, 3.17) имеет143выраженную зависимость от расхода инжекционного потока. Однако,учитывая постоянство площадей входного отверстия и диаметра аппарата,можно считать, что определяющей величиной будет скорость инжекции.Качественное сравнение результатов моделирования проекции линийтока в гидроциклоне-классификаторе для T2 и R2 при одинаковыхинжекционных расходах и зафиксированном расходе на входе в аппаратпредставлено на Рисунке 3.18.hрзT2hрза)hрзR2б)в)Рисунок 3.18.
Результаты численного эксперимента по расчету линий токавнутри образца d50 в проекции на плоскость r–z , где r –текущий радиус, z – высота при Q=9∙10-4 м3/с (54 дм3/мин): а)безинжекции; б) T2, Qin=1∙10-4 м3/с (6 дм3/мин); в) R2,Qin=1∙10-4 м3/с (6 дм3/мин)Можно заключить, что инжекция в тангенциальном направленииинтенсивнее влияет на изменение высоты рабочей зоны гидроциклона h рз ,чем инжекция в радиальном направлении. Таким образом, уже на этойстадии исследования полученный результат позволяет предположить, что144радиальный ввод по сравнению с тангенциальным оказывает меньшеевоздействие на классификационный эффект, что позволяет расценивать егокак менее эффективный.Сучетомуказанныхобстоятельствгидроциклонах-классификаторахсdц 50высотаммрабочейявляетсязоныввеличинойпеременной, и в первом приближении ее можно считать зависящей отзначений основного и инжекционного расходов и/или скоростей.На завершающей стадии модельных исследований было изучено влияниескоростей инжекционной струи на структуру потоков внутри гидроциклонаклассификатора (Рисунок 3.19).а)б)в)Рисунок 3.19.
Результаты моделирования компонент скорости в сеченииинжектора: а) радиальной; б) тангенциальной; в) осевой.Обозначения: точки – без инжекции; сплошная линия – T2,Qin=1∙10-4 м3/с (6 дм3/мин); штриховая линия – R2, Qin=1∙10-4м3/с (6 дм3/мин)Функция распределения радиальной компоненты скорости по радиусуаппарата (Рисунок 3.19,а) при обоих способах инжекции обнаруживаетподобный характер. При этом область распространения инжектируемойструи ограничивается примерно четвертью радиуса канала в данном сечении.Это течение способно оттеснить частицы, концентрирующиеся у стенки подвлиянием центробежных сил, что является одним из механизмов возможноговыноса частиц всех фракций из нисходящего потока в восходящий.145Влияние инжекции на распределение тангенциальной компонентыскорости (Рисунок 3.19,б) сказывается приблизительно на том же расстоянииот стенки, что и для радиальной компоненты. При этом для радиальнойинжекции тангенциальная скорость у стенки падает, а для тангенциальнойинжекции растет.
В пристеночном слое течения при обоих способахинжекции распределение осевой компоненты скорости (Рисунок 3.19,в)качественно подобны течению без инжекции: направлены вниз. В отличие отостальных компонент, осевая компонента скорости испытывает влияниеинжекции на всем удалении от стенки. При этом для тангенциальнойинжекции вблизи оси аппарата характерно течение вверх, как и для течениябез инжекции, а для радиальной инжекции прямо противоположное течениевниз по направлению к нижнему выводному отверстию.
Более детальноуказанные вопросы рассмотрены в работе [75].Проведенное исследование позволило выявить определяющий параметр –высоту рабочей зоны hрз. Установлено, что hрз зависит от скорости основногопотоканавходевгидроциклон-классификаториотскоростидополнительного инжекционного потока. Кроме того, на данный параметрвлияют конструкционные характеристики аппарата и инжектора. Более того,такой важный технологический параметр, как медианное зерно разделения,который зависит от изменения высоты рабочей зоны аппарата, может бытьопределен только по результатам комплексного исследования разделяющейспособности гидроциклонов-классификаторов с инжектором.Полученныеэкспериментальныхспособностиинжекцией.результатытребуютисследованийцилиндроконическихпопроведениядальнейшихопределениюразделяющейгидроциклонов-классификаторовс1463.3.Результатыспособностиэкспериментальныхцилиндроконическихисследованийразделяющейгидроциклонов-классификаторовмалых размеров с инжекцией3.3.1.Результатыэкспериментальныхисследованийфункцииэффективности разделения классификационных аппаратовЭкспериментальные результаты разделяющей способности образцовгидроциклонов d50 и d25 при отсутствии инжекции представлены на Рисунке3.20.
Статистическая обработка представленных результатов показала, чтоотносительная погрешность определения значений функции эффективностиразделения частиц в гидроциклонах с вероятностью 0,95 не превышала 15% идостигала наибольшего значения для частиц размером менее 2 мкм приминимальном расходе суспензии на входе в аппарат, равном 7∙10-4 м3/с (42дм3/мин). По мере увеличения размеров частиц и расходов суспензии навходе в гидроциклон относительная погрешность снижалась до уровня10–12%.1,0T(di)0,8Q/Qin:0,642/054/065/079/00,40,20,00510152025303540dч мкмРисунок 3.20. Результаты экспериментальных исследований функцииэффективности разделения частиц при Qin=0 для d50 приQ: 7∙10-4м3/с (42дм3/мин); 9∙10-4м3/с (54 дм3/мин); 1∙10-3м3/с(65 дм3/мин); 1,3∙10-3м3/с (79 дм3/мин)147Наличие «fish-hook» эффекта наблюдалось во всей серии экспериментов,независимо от конструкции гидроциклона.
По мере увеличения основногорасхода Q наблюдалось усиление проявления «fish-hook»эффекта содновременным уменьшением медианного зерна разделения для частицразмером более 5 мкм.Представленные результаты позволяют исключить из рассмотрениявлияние агломерационных явлений на количественные характеристики «fishhook» эффекта, поскольку с увеличением расхода суспензии вероятностьсохранения агломерационных комплексов резко сокращается, что в рамкахсуществующих представлений должно приводить к снижению «fish-hook»эффекта.
Однако на практике (Рисунок 3.20) имеет место обратный процесс.Результаты экспериментальных исследований для образца гидроциклонаd50 с конструкцией инжектора T2 представлены на Рисунке 3.21.При наличии инжекционного расхода Qin наблюдался обратный процесс –статистически значимое снижение проявления «fish-hook»эффекта содновременным увеличением медианного зерна разделения для частицразмером более 5 мкм.Аналогичный характер поведения функций эффективности разделениянаблюдался и для образца гидроциклона d25, а также при использовании вконструкциях гидроциклонов других типов инжекторов T1, T4, R2, R4.Однако интенсивность изменения функции эффективности разделения вэтом случае несколько отличалась от представленных на Рисунке 3.21результатов. Независимо от значения основного расхода по мере увеличенияинжекционногорасходаразличиямеждуфункциямиэффективностиразделения, соответствующими конструкциям инжектора T1, Т2 и Т4,наблюдались только в диапазоне частиц от 2,5 мкм до 10 мкм.
Для большихразмеровчастицсделатьоднозначныевыводынепредставлялосьвозможным, поскольку различия находились в пределах погрешностиединичного эксперимента.1480,80,80,6Q/Qin:42/042/242/442/60,40,2T(di)б) 1,0T(di)а) 1,00,6Q/Qin:54/054/254/454/60,40,20,00,005 10 15 20 25 30 35 4005dч мкмdч мкм0,80,8Q/Qin:65/065/265/465/60,40,2T(di)г) 1,0T(di)в) 1,00,610 15 20 25 30 350,6Q/Qin:79/079/279/479/60,40,20,00,005010 15 20 25 30 35dч мкм510 15 20 25 30 35dч мкмРисунок 3.21. Результаты экспериментальных исследований T(di) для d50 с T2при Q: а) 7∙10-4 м3/с ∙(42 дм3/мин); б) 9∙10-4 м3/с (54 дм3/мин)в) 1∙10-3м3/с (65 дм3/мин); г) 1,3∙10-3 м3/с (79 дм3/мин) и Qin=0;3,3∙10-5; 6,6∙10-5; 1∙10-4 м3/с (0, 2, 4 и 6 дм3/мин)В результате, непосредственное сравнение функций эффективностиразделения при различных конструкциях инжектора не позволяло сделатьобъективных выводов об эффективности классификационного воздействия идать однозначные количественные оценки сравниваемых конструкцийинжекторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
