Dissert-UsmanovaПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗООЧИСТКИ ГИДРОДИНАМИК. Исследование влияния основных факторов на гидравлическое сопротивление аппарата Исследование влияния жидкой фазы Исследование влияния вращения ротора Выбор оптимального
 Скачать 5.14 Mb.
|
|
Рисунок Зависимость эффективности газоочистки η и потерь давления (Рот входной скорости газового потока Общую эффективность газоочистки предложено рассчитывать по формуле 1 ) ( 2 2 х y dy х Ф (5.14) где , lg lg lg lg 2 2 50 50 х (5.15) Параболический профиль Синусоидальный профиль Прямой профиль Гиперболический профиль Рисунок Исследуемые типы лопастей завихрителя Для ряда геометрически подобных вихревых аппаратов зависимость параметра распределения от режимных характеристик имеет вид 194 Одновременно с увеличением скорости газодисперсного потока повышается и гидравлическое сопротивление аппарата от 578 до 1425 Па. Оптимальный результат можно видеть при скорости мс, в этом случае эффективность очистки составляет 78%, при потерях напора не более Па. По фракционному КПД ф были определены размеры дисперсных частиц, наиболее эффективно улавливаемых аппаратом. Рисунок Зависимость эффективности газоочистки η и потерь давления (Рот входной скорости газового потока Общую эффективность газоочистки предложено рассчитывать по формуле 1 ) ( 2 2 х y dy х Ф (5.14) где , lg lg lg lg 2 2 50 50 х (5.15) Параболический профиль Синусоидальный профиль Прямой профиль Гиперболический профиль Рисунок Исследуемые типы лопастей завихрителя Для ряда геометрически подобных вихревых аппаратов зависимость параметра распределения от режимных характеристик имеет вид 194 Одновременно с увеличением скорости газодисперсного потока повышается и гидравлическое сопротивление аппарата от 578 до 1425 Па. Оптимальный результат можно видеть при скорости мс, в этом случае эффективность очистки составляет 78%, при потерях напора не более Па. По фракционному КПД ф были определены размеры дисперсных частиц, наиболее эффективно улавливаемых аппаратом. Рисунок Зависимость эффективности газоочистки η и потерь давления (Рот входной скорости газового потока Общую эффективность газоочистки предложено рассчитывать по формуле 1 ) ( 2 2 х y dy х Ф (5.14) где , lg lg lg lg 2 2 50 50 х (5.15) Параболический профиль Синусоидальный профиль Прямой профиль Гиперболический профиль Рисунок Исследуемые типы лопастей завихрителя Для ряда геометрически подобных вихревых аппаратов зависимость параметра распределения от режимных характеристик имеет вид 195 , ' ' ' ' 50 50 ч ч D D ' (5.16) где δ' η-50 – диаметр частиц, улавливаемых на 50%; δ η-50 – новое значение диаметра частиц. Коэффициент гидравлического сопротивления ξ с учетом различных конструктивных вариантов завихрителя и параметра закрутки К, представлен графически на рисунках 5.14 и 5.15. Подтверждено предположение, что наиболее оптимальным по энергозатратами эффективности сепарации является завихритель параболического профиля. При коэффициенте закрутки Кон обеспечивает потери напора до Паи эффективность очистки 77% Рисунок Зависимость гидравлического сопротивления и энергозатрат на газоочистку от параметра закрутки и скорости Рисунок Зависимость гидравлического сопротивления от параметра закрутки и удельного орошения Параметр К г, характеризующийся по своему физическому смыслу относительным моментом количества движения, определяется по формуле: D L К x Г 2 Поскольку геометрически подобные завихрители с одинаковым К г, но различным профилем лопастей не всегда формируют идентичные поля течения, то геометрический коэффициент закрутки Кг не всегда будет равен истинному коэффициенту закрутки К. В этом случае целесообразно принимать соотношение К=1,4∙К г 0,72 195 , ' ' ' ' 50 50 ч ч D D ' (5.16) где δ' η-50 – диаметр частиц, улавливаемых на 50%; δ η-50 – новое значение диаметра частиц. Коэффициент гидравлического сопротивления ξ с учетом различных конструктивных вариантов завихрителя и параметра закрутки К, представлен графически на рисунках 5.14 и 5.15. Подтверждено предположение, что наиболее оптимальным по энергозатратами эффективности сепарации является завихритель параболического профиля. При коэффициенте закрутки Кон обеспечивает потери напора до Паи эффективность очистки 77% Рисунок Зависимость гидравлического сопротивления и энергозатрат на газоочистку от параметра закрутки и скорости Рисунок Зависимость гидравлического сопротивления от параметра закрутки и удельного орошения Параметр К г, характеризующийся по своему физическому смыслу относительным моментом количества движения, определяется по формуле: D L К x Г 2 Поскольку геометрически подобные завихрители с одинаковым К г, но различным профилем лопастей не всегда формируют идентичные поля течения, то геометрический коэффициент закрутки Кг не всегда будет равен истинному коэффициенту закрутки К. В этом случае целесообразно принимать соотношение К=1,4∙К г 0,72 195 , ' ' ' ' 50 50 ч ч D D ' (5.16) где δ' η-50 – диаметр частиц, улавливаемых на 50%; δ η-50 – новое значение диаметра частиц. Коэффициент гидравлического сопротивления ξ с учетом различных конструктивных вариантов завихрителя и параметра закрутки К, представлен графически на рисунках 5.14 и 5.15. Подтверждено предположение, что наиболее оптимальным по энергозатратами эффективности сепарации является завихритель параболического профиля. При коэффициенте закрутки Кон обеспечивает потери напора до Паи эффективность очистки 77% Рисунок Зависимость гидравлического сопротивления и энергозатрат на газоочистку от параметра закрутки и скорости Рисунок Зависимость гидравлического сопротивления от параметра закрутки и удельного орошения Параметр К г, характеризующийся по своему физическому смыслу относительным моментом количества движения, определяется по формуле: D L К x Г 2 Поскольку геометрически подобные завихрители с одинаковым К г, но различным профилем лопастей не всегда формируют идентичные поля течения, то геометрический коэффициент закрутки Кг не всегда будет равен истинному коэффициенту закрутки К. В этом случае целесообразно принимать соотношение К=1,4∙К г 0,72 Анализ гидрогазодинамики дисперсной фазы Модель процесса сепарации базируется на традиционном лагранжевом подходе, заключающемся в пофракционном расчете предельных траекторий, разграничивающих выходные потоки частиц узких фракций. Рассмотриваются, как правило, газовзвеси небольших концентраций, в которых частицы практически не взаимодействуют между собой и не вносят значительных возмущений в движение газовой фазы. В силу осевой симметрии и малости осевых градиентов давления предполагается, что в осевом и окружном направлениях скорости частицы среды совпадают, а в радиальном направлении движение частиц определяется воздействием силы инерции, выталкивающей силы и силы радиального сноса. Для БВА можно сохранить туже модель, что и для газопромывателя (глава 2) с отличием в выражении для тангенциальной скорости газодисперсного потока, которая определяется не угловой скоростью вращения ротора, а закруткой потока является множитель tg α. Расчет выполняется по аналогичной схеме рассчитывается критическая траектория частиц размера d p , достигающих своего равновесного радиуса в точке пересечения с оболочкой нулевых вертикальных скоростей газа. Все частицы данного размера, двигающиеся ниже или выше критической траектории, либо сепарируются, либо выносятся соответственно через выхлопную трубу. Таким образом, эффективность газоочистки оценивается по критическим траекториям для частиц всех заданных фракций. Разработанная модель апробирована при расчете эффективности сепарации газовзвесей в БВА различных модификаций. Максимальное относительное расхождение экспериментальных и расчетных значений эффективности разделения η не превысило 12%, что приемлемо для технических расчетов Сопоставление с экспериментом проведено в следующих интервалах конструктивных и режимных факторов мм 392 , 0 % 1 0 вх с , 3200 1150 3 м кг p pх , 3200 4 , 3 мкм 1 , 0 вода МПа p вх ), ( 1400 500 воздух Па p вх Рисунок 5.17 - Сопоставление величины степени очистки η, % по модели с величиной степени очистки, полученной экспериментально Расчет гидравлического сопротивления контактных устройств Гидравлическое сопротивление обычно представляют в виде суммы или произведения двух составляющих: ж г сух P P P Гидравлическое сопротивление ꞌꞌсухогоꞌꞌ аппарата сух определяется потерями энергии на внезапную смену направления и границ потока, что обычно рассматривают как местное сопротивление, потерями энергии на трение о стенки аппарата и потерями энергии на выходе из патрубка. В общем виде гидравлическое сопротивление ꞌꞌсухогоꞌꞌ аппарата можно записать как сумму двух слагаемых: вых v 2 cp вых v сух W Р Р Р 2 (5.18) где ∆P v – сумма потерь непосредственно в завихрителе; ∆P вых – потери на пережим потока при выходе из аппарата. Гидравлическое сопротивление газожидкостного слоя ∆P г+ж характеризуется количеством орошаюшей жидкости методом ее отвода. Влияние химических свойств жидкости не учитывается, так как энергетические затраты на ее дробление малы по сравнению с общими потерями энергии. Рассмотрим методы расчета гидравлического сопротивления центробежных аппаратов с лопастными завихрителями. Поскольку гидравлическое сопротивление таких устройств в значительной степени определяется конструктивными особенностями завихрителей, целесообразно рассмотреть вопросы гидравлического сопротивления, взяв за основу принятую ранее классификацию. Центробежные пылеуловители с осевыми завихрителями типа АЗ Для расчета гидравлического сопротивления ∆P v , наибольший интерес представляют зависимости, учитывающие воздействие геометрических характеристик завихрителей. В работе [102] гидравлическое сопротивление аппарата с винтовым завихрителем предлагается рассчитывать по измененному для винтового потока уравнению Дарси: 2 3 1 2 sin 2 экв cp v d h W Р , (5.19) где h 1 – высота завихрителя, м аксиальная среднерасходная скорость в кольцевом канале, м/с; d экв =4F/П – эквивалентный диаметр винтового каналам площадь свободного сечения винтового канала; П – периметр, равный сумме сторон трапеции, м угол наклона винтовой направляющей к горизонту, взятый по среднему диаметру кольцевого зазора, рад. В работе [109], в которой представлены результаты исследований винтовых завихрителей в широком диапазоне измерения высоты винта, показано, что зависимость Р где h 1 – относительная высота завихрителя; l – минимальная высота завихрителя, при которой достигается перекрытие осевого потока лопастями) имеет минимум при ĥ=2, а при гидравлическое сопротивление завихрителя практически не изменяется. В соответствии с полученными экспериментальными данными, оптимальную высоту завихрителя предлагается принимать равной, а гидравлическое сопротивление рассчитывать по формуле 2 1 2 2 1 2 2 2 2 3 2 2 2 1 2 2 2 sin 16 2 r r z r r r r r r W Р cp v , (5.20) где r 3 – радиус центральной трубы, м – толщина лопасти, м среднерасходная скорость в сепарационной зоне, м/с. Данные работ [80, 100] по гидравлическому сопротивлению в трубах с ленточными завихрителями обобщены Щукиным в работе [103] в виде зависимости 2 Re, D d f d D n (5.21) где D – диаметр кривизны осевой линии канала 2 8 где S – шаг ленты – диаметр трубы. При турбулентном режиме течения для S/D=2,65÷1,3 получена формула 09 , 0 28 , 0 Она справедлива при Re≤5,9∙10 4 . В основном диапазоне изменения. Отклонение опытных данных от расчетных не превышает При S/D=1,8÷2,5 получена зависимость Эта формула справедлива при Re(S/D) 2 =260÷6∙10 3 Для турбулентного режима при Г для завихрителей с плоскими лопастями: pl g pl v F W Р 25 , 0 2 Re 7 , 18 (5.25) экв pl Г d W Re ; где экв эквивалентный диаметр щелей, м средняя скорость газа в щелях между пластинами, м/с; F pl –площадь живого сечения завихрителя, ед. В области развитой турбулентности г гидравлическое сопротивление завихрителей определяется соответственно по формулам 4 , 1 pl v W Р (плоские лопасти 9 , 0 pl v W Р (спиральные лопасти) Центробежные пылеуловители с цилиндрическими завихрителями типа ТЛЗП Центробежные аппараты с завихрителями типа ТЛЗП наиболее полно исследованы в связи с использованием закрученных потоков в процессах тепло- и массопереноса Исследуя сепарационные элементы тангенциальными лопаточными завихрителями, автор работы [104] считает наиболее целесообразным определение ζ v производить по формуле где F pl – суммарная площадь щелей на выходе из завихрителя, м – площадь корпуса пылеуловителям Оценка влияния отдельных конструктивных параметров и выбор наилучшего варианта завихрителя могут быть произведены по эмпирическому уравнению 1 54 , 1 7 , 0 1 , 3 D h B v (5.28) где – угол на вход в завихритель между соседними пластинами, град – ширина пластин, м – минимальное расстояние между пластинами на выходе из завихрителя, м. Коэффициент сопротивления ζ v в двух последних формулах относится к среднерасходной скорости в сечении аппарата. Центробежные пылеуловители с цилиндрическими завихрителями типа ТЛЗЦ Цилиндрический завихритель с центральным вводом потока в пределах при z=0 представляет собой насадок. Он нашел применение для улавливания капель и распределения вентиляционного воздуха в помещениях Установлено, что изменение относительного расстояния между диском и выходной кромкой цилиндрического канала влияет на структуру индуцируемого поля скоростей и гидравлического сопротивления насадка лишь в диапазоне ĥ≤ При ĥ≥0,7÷0,8 коэффициент сопротивления, подсчитанный по скорости в сечении трубы, составляет ζ v =1, и, следовательно, диск, поставленный поперек вытекающего потока, не вызывает дополнительных потерь по сравнению с открытой трубой. Аналогичные зависимости ζ v =f(h 1 ) получены и для закрученной струи, вытекающей в неограниченное или ограниченное пространство [234]. При увеличении до 0,6÷0,7 величина ζ v завихрителя резко снижается, а затем, при дальнейшем увеличении практически остается постоянной. Влияние относительных диаметров входа в завихритель ď 1 =d 1 /D и диска d 2 /D на гидравлическое сопротивление пылеуловителя противоположно и определяется уравнением 4 2 8 1 5 , 30 Поэтому у функции ζ v =f (ď 1, ď 2 ) существует экстремум, определяющий оптимальное отношение 202 364 , 0 1 573 , 0 m d oпт (5.30) где m= Угол установки лопастей на входе потока в завихритель оказывает влияние на гидравлическое сопротивления пылеуловителя только при значениях 0 , которое следует принимать в качестве оптимального В результате обработки экспериментальных данных, полученных авторами в стендовых и промышленных условиях, для расчета гидравлического сопротивления пылеуловителя с завихрителем типа ТЛЗЦ предложено уравнение 10 1 4 2 8 1 cos 5 , 30 025 , 0 которое справедливо при 425 , 0 1 d ; 8 , 0 4 , 0 2 d ; 50 1 ; 15 0 2 ; 73 , 0 Центробежные пылеуловители с коническими завихрителями |