Диссертация (1025509), страница 23

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

Текст из файла (страница 23)

Результаты определения изменения эффективности функцииразделения для образца гидроциклона d50 при T1, T2, T4 иQ=9∙10-4 м3/с (54 дм3/мин) для размеров частиц: а) 0,5 мкм;б) 4 мкм; в) 10мкмИспользованиеданныхотносительныхвеличинвкачествеопределяющего параметра можно считать более репрезентативными посравнению с абсолютными расходными характеристиками. Анализируяполученные результаты, можно сказать, что в пределах погрешностиэксперимента изменение функции эффективности разделения частиц притангенциальном вводе инжектируемого потока с одним, двумя и четырьмяотверстиями практически совпадает.

Это позволяет сделать окончательныйвывод об определяющем влиянии относительной скорости инжектируемогопотока на процесс классификации в гидроциклоне.Результаты, представленные на Рисунках 3.20–3.26, свидетельствуют, чтонезависимо от расходных характеристик гидроциклона, присутствие «fishhook» эффекта следует признать экспериментально подтвержденным. Приэтомкакпринаблюдаетсяхарактеристикрадиальном,снижениетакипроявленияклассификациипотангенциальном инжектированииданногоэффектасравнениюсиулучшениеаналогичнымихарактеристиками гидроциклона без инжекции.

При этом применениеконструкции инжектора Т1 обеспечивает независимость значения величинылокального максимума функции ∆T/Qin=∆T(di)/Qin в области крупных частицот основного расхода разделяемой суспензии, в то время как использование156конструкции инжектора Т2 не обладает указанным свойством (Рисунки 3.22,3.23). При применении конструкции инжектора Т4 изменение функцииэффективности разделения в некоторых случаях носит нелинейный характер,что затрудняет процессы автоматизированного регулирования(Рисунок3.23, в).Таким образом, можно сделать вывод, что применение тангенциальногоинжектирования с одним и двумя отверстиями (T1 и T2) с целью повышениякачества классификации суспензий в гидроциклонах малых размеровявляется наиболее эффективным, поскольку позволяет достаточно полновыносить мелкие фракции с размером частиц 0,5...10 мкм.

Тогда вдальнейших исследованиях остановимся на рассмотрении конструкцииинжекторов Т1 и Т2.1573.4. Результаты модельных исследований разделяющей способностицилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеровс инжекцией3.4.1. Результаты определения коэффициентов детерминированныхсоставляющих процесса классификацииОпределениеQin  n21Q k  (n  1)1  k 0 k in / S0 ,k 0 h Q коэффициентахарактеризующегоинтенсивностьцилиндроконическомклассификационногогидроциклоне-классификаторевоздействиямалогоразмеравсинжекцией, в работе было осуществлено с использованием метода выделениясомножителей.

При этом величина k анализировалась в виде k  Kin k0 ,где k0 =k0(Q), а Kin  Kin (Q, Qin )  1  k0 kin Qin Q .Общий вид зависимости k 0  k 0 ( Fr ' ) , где Fr '   2 R g  w'0 2 gR 0 – факторразделения, представлен на Рисунке 3.27.1,0d50d25d100d50 экспd25 эксп0,80,6k00,40,20,00150 300 450 600 750 900Fr'Рисунок 3.27. Результаты определения коэффициента k0 в зависимости отфактора разделения Fr'Обработка полученных результатов позволила записать обобщенноевыражение для величины k0 с учетом диаметра dц цилиндрической частигидроциклона-классификатора в виде:1580,0106k0  1  exp  Fr '  ,1,143 d 50 dцгдеd50=0,05м–диаметрцилиндрическойчасти(3.13)аппаратаd50.Представленные данные позволяют оценить технологические границыприменимости разработанной модели процесса классификации.

Точка, непринадлежащая полученной зависимости (3.13) для образца гидроциклонаd25, лежащая в области относительно высоких значений фактора разделенияпорядка Fr'~700 (Рисунок 3.27),указывает на то, что верхней границейприменимости данной модели следует считать значение фактора разделенияне более 500 единиц.На Рисунке 3.27 представлены результаты расчета коэффициента k0 позависимости (3.13) для цилиндроконического гидроциклона с диаметромцилиндрической части dц=0,10 м.

В рамках предложенной модели этирезультаты позволяют объяснить правомерность принятия допущения опостоянствеотносительновысотырабочейбольшимзоныдиаметромh рз  hдляцилиндрическойгидроциклоновчасти,скотороеиспользуется многими авторами.Учитываяотносительномалоеизменениезначенийрасходныххарактеристик, при обработке экспериментальных данных допустимопроведение линейной аппроксимации (Рисунок 3.28) в координатахk 0  k 0 ( w' 0 ) .Обобщенная расчетная зависимость (Рисунок 3.28,а) для гидроциклона сдиаметром цилиндрической части d25 имеет вид:k 0  0,03w' 0 .(3.14)Обобщенная расчетная зависимость (Рисунок 3.28,а) для гидроциклона сдиаметром цилиндрической части d50 имеет вид:k 0  0,13w' 0 .(3.15)159а)1,2б) 2,01,0d50d250,8k0 0,61,6d50d251,21  dц d 50 2k00,40,80,20,40,00,002468100w'0, м/с24681012w'0, м/сРисунок 3.28. Результаты определения для образцов гидроциклонов d50 иd25: а) зависимости коэффициента k0 от скорости основногопотока на входе в гидроциклон; б) обобщенной зависимостикоэффициента k0= k0(w'0)Принимая во внимание, что величина k 0  0,1, были произведеныколичественные оценки значения скорости основного потока на входе ваппарат, определяющие границы применимости предлагаемой модели науровнеw'0 max =7,8...8,1м/с(Рисунок3.28)независимоотдиаметрацилиндрической части аппарата, что совпадает с оценками аналогичногопараметра в работе [108].Посколькуврамкахразработанноймоделиинтенсивностьклассификационного воздействия в аппаратах цилиндроконического типабыла пропорциональна площади боковой поверхности рабочей части этихаппаратов, можно предположить, что соотношение между коэффициентамиk0 для различных образцов гидроциклонов d25 и d50 будет пропорциональноотношению квадратов этих диаметров:2 d 25 11   50   .4d (3.16)Результаты сопоставления экспериментального определения величины k0для различных образцов гидроциклонов d25 и d50 с учетом величины  1представлены на Рисунке 3.28,б.160Это позволило записать следующее частное выражение для величиныкоэффициента k0 с учетом диаметра цилиндрической части гидроциклоновклассификаторов в диапазоне dц=0,025...0,050 м в виде:2 dц  w'0 .k0  0,13   50d (3.17)Применительно к гидроциклонам с диаметром цилиндрической части,лежащемвинтервалеdц=0,025...0,050м,исследованныхполученныеконструктивныхрезультатыпараметров(Рисунок3.28,а,б)свидетельствуют о допустимости выбора скорости суспензии на входе ваппарат w0 в качестве определяющего параметра при нахождении значениякоэффициента k0.Анализ зависимостей, представленных на Рисунке 3.28, показывает, чтокоэффициент k0 прямо пропорционален скорости подачи основного потокасуспензии на входе в аппарат.

При этом высота рабочей зоны hрзгидроциклона с увеличением скорости суспензии на входе в аппарат такжеувеличивается, что согласуется с результатами модельных исследований поопределению гидродинамической обстановки на основе вычислительногоэксперимента, представленными в разделе 3.2.3 настоящей работы.Таким образом, увеличение высоты рабочей зоны hрз гидроциклонаспособствует возрастанию вероятности выноса частиц дисперсной фазы извосходящего потока обратно в нисходящий поток, что не противоречитисходной схеме протекания определяющих процессов разработанной модели.Указанное обстоятельство позволяет объяснить механизм увеличениязначения«fish-hook»эффектаприувеличенииобъемногорасходаразделяемой суспензии.Если сделанные выше допущения являются корректными в границахприменимости предложенной модели, то независимо от геометрическиххарактеристик аппарата выбор относительной скорости инжекционногопотока win/w’0 в качестве определяющего параметра при нахождении161значения коэффициента эффективности инжекционного воздействия Kinтакже должен являться допустимым.

При этом экспериментальные данные вкоординатах Kin=Kin(win/w’0) должны группироватьсявдоль различныхпрямых линий для образцов гидроциклонов d50 и d25 (Рисунок 3.29,а).а)654Kin 32100 1 2 3 4 5 6 7win/w'0d50 T2 42d50 T2 54d50 T2 65d50 T2 79d50 T1 54d50 T1 65d50 T1 79d25 T1 9,8d25 T1 11,6d25 T1 13,8б) 6 2  d 50 dц 354Kin 321002468 10 12 14win/w'0Рисунок 3.29. Результаты определения: а) Kin=Kin(win/w’0); б) обобщеннойзависимости коэффициента Kin=Kin(win/w’0) для d50 с T1 и T2при различных расходах суспензии Q=7∙10-4; 9∙10-4; 1∙10-3;1,3∙10-3 м3/с (42 ; 54; 65; 79 дм3/мин) и d25 T1 при Q=1,6∙10-4 ;1,9∙10-4 ; 2,3∙10-4 м3/с (9,8; 11,6; 13,8 дм3/мин)Обобщенная расчетная зависимость (Рисунок 3.29,а) для гидроциклона сдиаметром цилиндрической части d25 имеет вид:K in  1  2,12win w'0  .(3.18)Обобщенная расчетная зависимость (Рисунок 3.29,а) для гидроциклона сдиаметром цилиндрической части d50 имеет вид:Kin  1  0,26win w'0  .(3.19)Анализ графиков на Рисунке 3.29,а показывает, что с вероятностью 0,95представленные данные по всем типоразмерам не противоречат гипотезе олинейной зависимости Kin=Kin(win/w’0).Точки, лежащие вне прямых исоответствующие скорости суспензии на входе в аппарат 9,3 м/с и более,находятся за пределами верхней технологической границы проведенияпроцесса.

Точки, соответствующие относительно малому расходу суспензии162на входе в аппарат, равному 7∙10-4 м3/с (42 дм3/мин) при относительнобольшом расходе инжектируемого потока 6,6∙10-5 и 10-4 м3/с (4 и 6 дм3/мин),составляющем более 10% от расхода питания гидроциклона, не принадлежатапроксимационной зависимости. Это может быть объяснено частичнымразрушением структуры основного потока под действием инжектируемогопотока при малой скорости основного потока на входе в аппарат, чтохарактернодлямалыхзначенийдавленийнавходеваппарат,характеризующихся повышенными пульсациями.Данные Рисунка 3.29 позволяют выявить границы применимостипредложенной модели и определить нижнюю технологическую границупроведения процесса классификации в гидроциклоне с инжектором науровне win/w’0 < 3 при скоростях ввода обрабатываемой суспензии вышеw0 min  3,7...3,9 м/с, при этом объем инжектируемой жидкости долженсоставлять не более 10% от объема основного потока.Посколькуврамкахразработанноймоделиинтенсивностьинжекционного воздействия в аппаратах цилиндроконического типа былапропорциональнаобъемурабочейчастиэтихаппаратов,можнопредположить, что соотношение между коэффициентами Kin для различныхобразцов гидроциклонов d25 и d50 должно быть обратно пропорциональноотношению кубов этих диаметров:2  d 50 / d 25   8 .3(3.20)Результаты сопоставления экспериментального определения величины Kinдля различных образцов гидроциклонов d25 и d50 с учетом величины  2 ,представленные на Рисунке 3.29,б, позволили записать частное выражениедля величины коэффициента Kin с учетом диаметра цилиндрической частигидроциклонов-классификаторов в диапазоне dц=0,025...0,050 м в виде: d 50 Kin  1  0,26d  ц 3 win  .w' 0(3.21)163Применительно к гидроциклонам-классификаторам малых размеров сдиаметром цилиндрической части, лежащей в интервале исследованныхконструктивных параметров dц =0,025...0,050 м, полученное выражение (3.21)позволяетсделатьвывод,чтоприопределениикоэффициентаKinиспользование относительной скорости инжекционного потока win/w’0 вкачествеопределяющегопараметраявляетсяэкспериментальнообоснованным.Анализ зависимости (3.21) показывает, что с увеличением скоростиинжекционной струи коэффициент Kin растет, что в свою очередь приводит куменьшению высоты рабочей зоны hрз аппарата, а это не противоречитпредложенноймоделиисогласуетсясрезультатамимодельныхисследований по определению гидродинамической обстановки на основевычислительного эксперимента, представленными в разделе 3.2.3 работы.Таким образом, уменьшение высоты рабочей зоны hрз гидроциклонаспособствует снижению вероятности выноса частиц дисперсной фазы извосходящего потока обратно в нисходящий поток, что не противоречитисходной схеме протекания определяющих процессов разработанной модели.Указанное обстоятельство позволяет объяснить механизм снижениязначения «fish-hook» эффекта за счет увеличения скорости инжекции.Исходя из зависимостей (3.5), (3.6) с учетом полученных выражений(3.13), (3.17) и (3.21), коэффициент интенсивности классификационноговоздействия k для гидроциклонов-классификаторов данного типа в общемслучае может быть определен в следующем виде:3 d 50   win  (n  1) Q k  1  0,262 d   w'  h ц   0 S0n 11  exp   0,0106  Fr '   . d 50 d 1,143ц(3.22)Для гидроциклонов-классификаторов малых размеров с диаметромцилиндрической части в диапазоне dц=0,025...0,050 м возможно применениеболее простой зависимости:164 d 50 (n  1) Q k10,262d h ц S0n 13 win   w'0  2 0,13   d ц  w'  . d 50  0 (3.23)Полученные зависимости для коэффициента k (3.22), (3.23) длягидроциклонов-классификаторовданноготипаявляютсядостаточносложными, и определение их явного вида без проведения предварительныхисследований было бы невозможно.Анализ представленных зависимостей показывает, что при обработкерезультатовэкспериментальныхисследованийвыборвкачествеопределяющих параметров величин скорости основного и инжекционногопотоков и диаметра цилиндрической части гидроциклона можно считатьэкспериментально обоснованным, что в свою очередь позволяет существенносократить объем проводимых экспериментов.3.4.2.

Характеристики

Список файлов диссертации