Гидравлический расчет прямоточных циклонов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.16, кандидат технических наук Зайцев, Николай Олегович

• Зайцев, Николай Олегович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зайцев, Николай Олегович

1. Введение

2. Общая часть

2.1 Терминология и определения

2.1.1 Общие сведения

2.1.1 Понятие эффективности и производительности циклона

2.2 Классификация циклонов

2.2.1 Классификация циклонов по способу подвода газа

2.2.1.1 Циклоны с тангенциальным (азимутальным) подводом газа

2.2.1.1.1 Циклоны с локальным тангенциальным подводом газа

2.2.1.1.2 Циклоны с распределенным тангенциальным подводом газа

2.2.1.2 Циклоны с осевым подводом газа

2.2.1.2.1 Циклон с осевым винтовым подводом газа

2.2.1.2.2 Циклоны с осевым розеточным подводом газа.

2.2.2 Классификация циклонов по способу отвода газа

2.2.2.1 Противоточные циклоны

2.2.2.2 Прямоточные циклоны

2.3 Движение газа в теле циклона

2.3.1 Поле скорости газа в теле циклона

2.3.2 Вращательное движение газа

2.3.3 Поступательное движение газа

2.4 .Расчет эффективности циклонных аппаратов

2.4.1 Основные допущения, применяемые при расчете движения пылевидных частиц в циклонах (по литературным источникам)

2.4.1 Расчет минимального размера пылевидных частиц, полностью улавливаемых циклоном по Штокману С.Г., Дроздову В.Ю.

2.4.1.1 Модель движения пылевидной частицы в газовом потоке

2.4.1.2 Седиментация пылевидных частиц в теле циклона

2.4.1.3 Расчет минимального размера пылевидных частиц, полностью улавливаемых циклоном, по данным других исследований

2.4.2 Расчетная модель движения частицы в закрученном потоке, основанная на работах Бурова А.И.

2.4.3 Расчет эффективности циклонов в работах Шиляева С.Д.

2.4.4 Расчет эффективности циклонов, принятый в инженерной практике

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидравлический расчет прямоточных циклонов»

Актуальность работы. В последние десятилетия нормирование концентрации пыли в воздухе зданий и помещений приобретает высокую актуальность. Согласно ГОСТ 12.1.005-88, концентрация различного рода пылей в воздухе рабочей зоны промышленных предприятий нормируется в пределах 1-6 мг/м3. В этих условиях особо актуальна очистка воздуха от пылевидных частиц.

Основными устройствами для очистки газов от пылей являются циклоны, обладающие хорошей эффективностью очистки при низких капитальных и эксплуатационных затратах. Отдельно выделяются так называемые прямоточные циклоны. Этот тип циклонов в последнее время приобретает значительную популярность в сфере пылегазоочистки производств, размещаемых в небольших помещениях, особенно в крупных городах, в связи с тем, что конструкция данного типа циклонов позволяет вставлять их непосредственно в воздуховод. Однако методики расчета циклонов данного типа в большинстве случаев привязаны к определенному типу пыли, а также не учитывают турбулентность закрученного потока

Целью работы является универсальный метод гидравлического расчета прямоточного циклона. Под универсальностью понимается то, что этот метод должен быть пригоден для любых типоразмеров циклонов, и для пыли, имеющей различную плотность и фракционный состав.

Научная новизна результатов определяется следующими основными результатами работы:

• разработка метод расчета, позволяющий учитывать плотность распределения выпадающих частиц вдоль стенки циклона;

• учет фракционного состава пыли при расчете эффективности циклона;

• оценка влияния неравномерности распределения тангенциальной составляющей скорости газового потока по поперечному сечению циклонного устройства на его эффективность;

• введение в расчетную модель влияния естественной турбулентности закрученного газового потока.

Практическая ценность данной работы заключается в разработке метода расчета эффективности прямоточных циклонных устройств, построении номограмм и графиков для вычисления эффективности и гидравлического сопротивления циклонных устройств.

Реализация работы. Результаты данной диссертационной работы применяются для расчета эффективности прямоточных циклонов на ОАО «СовПлим».

Достоверность результатов. Подтверждена соответствием результатов расчетов с экспериментами, проведенными на оборудовании ОАО «СовПлим», а также - с результатами расчетов по аналогичным существующим методикам.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались в докладах на:

• XXI и XXII неделях науки СПбГПУ в 2002 и 2003 г;

• Научно-технической конференции «Молодые ученые - промышленности СевероЗападного региона» в 2003 г;

• Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды» в 2004 г;

• Международной научно-теоретической конферен-ции «Гидравлика. Наука и дисциплина» в 2004 г.

Заключение диссертации по теме «Гидравлика и инженерная гидрология», Зайцев, Николай Олегович

• 4 Основные результаты и выводы

Практической целью данной диссертационной работы было выяснение поведения пылевидной частицы в теле прямоточного циклона с розеточным подводом газа, и, как следствие, создание расчетной методики эффективности пылеулавливания Г).

Данная методика имеет некоторые отличия от других, имеющихся на этот момент расчетных методик эффективности циклонов, описанных в главе 2.

При создании данной методики учитывались такие факторы, как частичное улавливание частиц, влияние времени релаксации г на осаждение частицы в теле циклона, влияние неравномерности распределения тангенциальной составляющей скорости ut на эффективность пылеулавливания, учет естественной турбулентности закрученного потока на осаждение пылевидной частицы.

Данный расчет по сравнению с другими аналогичными ([1], [2], [7], [8], [16]) методиками расчета имеет следующие осооенности: о Учет частичного осаждения частиц с диаметрами меньшими dmn. о Учет неравномерного распределения тангенциальной составляющей скорости uz и влияние этого распределения на эффективность улавливания пылевидных частиц циклоном. о Расчет минимального диаметра пылевидных частиц, которые в принципе возможно осадить в циклоне, dKpum. о Расчет длины турбулентного следа от закручивающего устройства. о Расчет длины осаждения пылевидных частиц в теле циклона с учетом турбулентных пульсаций скорости движения частиц.

При этом были также получены следующие важные результаты: о Независимость значения диаметра пылевидных частиц dmin, которые можно полностью осадить в теле циклона от распределения тангенциальной составляющей скорости движения газа иг о Влияние времени релаксации т на осаждение пылевидных частиц, и количественная оценка величины времени релаксации I.

Данная методика позволяет: о рассчитать эффективность циклона с заданными, геометрическими характеристиками при известном расходе газа для любого заданного диаметра пылевидных частиц с учетом их частичного осаждения; о рассчитать минимальный диаметр пылевидных частиц dmm, полностью осаждаемых в циклоне с заданными геометрическими параметрами; о определить минимальный диаметр пылевидных частиц dKpum, который возможно осадить в теле циклона; о при известном фракционном составе пыли и расходе газа рассчитать интегральную эффективность циклона с любыми заданными геометрическими характеристиками. о при заранее заданной эффективности очистки и известном расходе газа рассчитать длину циклона; о оценить возможность использования циклонного устройства для очистки запыленного газа от различного рода пылевидных частиц.

В результате расчетная методика, разработанная в данной диссертационной работе, позволяет решать прямую и обратную задачи: находить эффективность прямоточных циклонов при заданных геометрических параметрах, а также при заданной эффективности очистки находить геометрические характеристики циклонов.

5 Примеры расчета прямой и обратной задачи 5.1 Пример решения прямой задачи

Проведем пример расчета прямой задачи - расчета количества улавливаемых частиц.

Дано: циклон диаметром D = 2R = 250 мм, с углом поворота лопаток розетки а = 45 и длиной активной части циклона 1 м. Параметры входящего воздуха: расход Q — 0,278 м3/сек, температура t—20°С, Пыль - кварцевая, плотностью р = 2630 кг/м3. Начальная концентрация пыли - 400 мг/м3. Фракционный состав пыли сведен в таблицу 10

Наименование фракции Количество, %

1,5 мкм. 8,2

1,5-5 мкм. 50,8

5-10 мкм. 17,7

10-50 мкм. 19,3

50 мкм. 4,0

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зайцев, Николай Олегович, 2007 год

1. Фукс Н. А. Механика аэрозолей. М.: Изд. АН СССР. 1965. 352 с.

2. Дроздов В. А. Теплоснабжение и вентиляция. М.: Изд. «Высшая школа». 1968. 352 с.

3. Коузов П.А.Очистка воздуха от пыли в циклонах. JI. ЛИОТ 1938 88 с.

4. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. М.: Стройиздат, 1981.

5. Первов А. А. Аэродинамические исследования циклонов НИИОГаза с устройствами для снижения гидравлического сопротивления. М: Машиностроение. 1974, с. 160-170.

6. Рихтер Л. А. Тепловые станции и защита окружающей среды. М.: Энергия. 1975. 312 с.

7. Белоусов В. В. Теоретические основы процессов газоочистки. М.: Металлургия. 1988. 256 с.

8. Штокман Е. А. Очистка воздуха. М.: АСВ. 1999. 319 с.ф 9. Алиев Г. М. Устройство и обслуживание газоочистных и пылеулавливающихустановок. М.: Металлургия 1983. 368 с.

9. Федоров Б.С., Чекалов. Л.В. и др. Экотехника. Экологический консорциум "РОСГАЗООЧИСТКА". rhttp://kondore.newmail.ru/Kniga 20.05.2002.

10. Гиргидов А. Д. Турбулентная диффузия с конечной скоростью. СПб.: Издательство СПбГТУ. 1996. 259 с.

11. Гиргидов А. Д. Механика жидкости и газа (гидравлика). СПб.: Издательство СПбГПУ. 2002. 544 с.

12. М. Г. Кизин М. Г. Методы расчета и рекомендации по газовым аппаратам. -Владимир: Издательство Владимирского научного института синтетических смол. -1970. 244 с.

13. Шиляев М. И., Шиляев А. М. Энергетический принцип сравнения и универсальный метод расчета инерционных пылеуловителей. Режим доступа: http://tgv4.narod.ru/index.htm.

14. Пирумов А. И. Аэродинамические основы инерционной сепарации. М. Изд. «Госстройиздат». 1961. 124 с.

15. Беляев Н. А. Об очистке газов в циклонах. Химическая промышленность. 1949. №5. с. 51-55.

16. Гордон Г. М., Пейсахов И. П. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии. М. Металлургия. 1977. 455 с.

17. Зайцев Н. О., Гиргидов А. Д. Расчет эффективности циклона с винтовым подводом• воздуха. Материалы научно-практической конференции. СПб. Изд СПбГПУ 2003. с. 48-54.

18. Дьяков В. В., Рожнева В. К., Платонов А. М., Теоретические и экспериментальные исследования течения газа в циклоне. Известия вузов. Горный журнал 1981. №3. с. 4146.

19. Карпов С. В., Сабуров Э. Н. Аэродинамика и теплоотдача в циклонных камерах и пылеотделителях: обзор и обобщения. Архангельск. Изд. Архангельского лесотехнического института. 1988. 312 с.

20. Карпов С. В., Сабуров Э. Н. Влияние основных геометрических параметров на аэродинамическую эффективность циклонных аппаратов. Теоретические основы химической технологии. 1990. Т 24. №5. с. 651-660.

21. Карпов С. В., Сабуров Э. Н. Конвективный теплообмен в циклонной загруженной камере. Известия вузов. Энергетика. 1993. №1-2. с. 80-84,

22. Карпов С. В., Сабуров Э. Н. О коэффициенте сопротивления циклонных камер.• Тезисы докладов к научно-технической конференции в АЛТИ. Архангельск. Изд. Архангельского лесотехнического института. 1973. с 27-28.

23. Под ред. Померанцева В. В. Основы практической теории горения. JI. Энергия. 1973. 263 с.

24. Кузнецов Д. С. Гидродинамика. J1. Гидрометеорологическое издательство. 1951. 395 с.

25. Зайцев Н.О., Иокша Е.О., Гиргидов А.Д., Учет неравномерности скоростей по сечению циклона. Материалы межвузовской научной конференции. СПб. Изд. СПбГПУ 2003., Ч. 1,с. 114.

26. Зайцев И.О., Гиргидов А.Д., Расчет эффективности циклона с винтовым подводом воздуха. Материалы практической конференции и школы-семинара. СПб. Изд. СПбГПУ 2003. с. 48-54.

27. Зайцев И.О., Зайцев О.И., Расчет эффективности прямоточного циклона при неравномерной скорости закручивания потока по сечению циклона. Материалы международной научно-теоретической конференции. СПб, Изд. СПбГПУ 2004. с. 99100.

28. Зайцев И.О. Расчет эффективности очистки циклонов с винтовым подводом воздуха. Материалы V и VI всероссийских научно-технических конференций. Рыбинск. Изд. РГАТА 2004. с. 221-222.

29. Зайцев И.О. Расчет эффективности пылеулавливания циклонного устройства для очистки газов от пыли. Научно-Технические Ведомости СПбГТУ №5-1, 2006. с. 197202.

30. Зайцев И.О. Очистка воздуха от пылевидных частиц в системах вентиляции производственных помещений. Конспект лекций. СПб, Изд. ПЭИпк. 2005,28 с.

31. Пиралишвили Ш. А., Азаров А. И. Вихревой эффект: теория, эксперимент, промышленное использование, перспективы. Материалы V и VI всероссийских научно-технических конференций. Рыбинск. Изд. РГАТА 2004. с. 108-137.

32. Пиралишвили Ш. А., Сергеев М.Н.Вихревые вакуум-насосы. Материалы V и VI всероссийских научно-технических конференций. Рыбинск. Изд. РГАТА 2004. с. 6368.

33. Коузов П.А. Очистка воздуха от пыли в циклонах. JI:. Изд. Ленинградского института охраны труда. 1974. 84 с.

34. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М:. «Наука» 1978. 736 с.

35. Дж. Коннор. К. Бреббиа Метод конечных элементов в механике жидкости. Л:. «Судостроение» 1979.263 с.

36. Основы практической теории горения. Под ред. Померанцева В.В. Л:. «Энергия» 1973. 264 с.

37. Голубев В.Г., Голубев А.В., Досмаканбетова А.А., Есиркепова М.М. Пылеулавливание в потоках сложной структуры. Режим доступа: http://\\A\Av.rusnauka.com711.NPRT2007/Chimia/22285.doc.html.