Вестник МГТУ, 2024, Т. 27, № 3.

Зинуров В. Э. и др. Численное исследование влияния геометрии элементов сепаратора. конструкции сепаратора, работающего с переменными скоростями, вызванными изменением проходного сечения по глубине устройства. Для моделирования динамики дисперсной фазы применялась модель дискретных фаз (DPM), что обеспечивало детальное описание поведения частиц в газопылевом потоке. Взаимодействие между частицами не учитывалось. Моделирование выполнялось в трехмерной постановке. Ключевые геометрические параметры сепаратора согласно рис. 1 включают высоту, длину и количество рядов V-образных конструктивных элементов, составляющих 110 мм, 40 мм и 12 единиц соответственно. Общая высота модели равна 370 мм, глубина погружения конструктивных элементов в пластины составляет 27 мм, а угол между наклонными пластинами - 27°. В трехмерных моделях других геометрических форм конструктивных элементов изменялись характерные размеры: для двутавровых - длина элементов и выступов - 40 и 12,5 мм соответственно; П-образных - длина элементов и выступов - 40 и 12 мм соответственно; дугообразных - радиус элементов - 20 мм; V-образных - длина элементов - 40 мм. В рамках численного моделирования устанавливались граничные условия: скорость газопылевого потока на входе в устройство ( W ) варьировалась от 0,5 до 3 м/с, а на выходе задавалось атмосферное давление. Размер частиц пыли изменялся в диапазоне от 10 до 200 мкм, а их плотность составляла 3 000 кг/м3. Для оценки эффективности сепаратора использовалась следующая формула: Е n m - n out П п ’ где nm- это количество частиц пыли в газовом потоке, поступающем в сепаратор на очистку, шт.; nout - количество частиц пыли в обеспыленном газовом потоке, шт. Результаты и обсуждение Исследования подтвердили, что форма конструктивных элементов оказывает значительное влияние на эффективность отделения частиц из газопылевого потока. Определено, что фракционная эффективность сепараторов с различными конструктивными элементами - двутавровыми, П-образными, дугообразными и V-образными - составляет соответственно 50,5 % (рис. 3), 61,1 % (рис. 4), 64,8 % (рис. 5) и 69,2 % (рис. 6) при входной скорости газопылевого потока от 0,5 до 3 м/с и размере частиц от 10 до 200 мкм. Такое изменение эффективности можно объяснить различным характером движения частиц после отскока от стенок конструктивных элементов. Как было отмечено ранее, при выбивании частиц из газопылевого потока, они отлетают к стенкам конструктивных элементов. В зависимости от скорости движения газопылевого потока, размера и плотности частиц они обладают различным начальным импульсом. В случае если начальный импульс частиц был относительно высоким, то существует большая вероятность, что после отскока от конструктивных элементов они попадут обратно в несущую фазу. В противном случае, частицы, отскочив от конструктивных элементов, перемещаются на короткое расстояние - в пристеночную зону, где скорости движения газа близки к нулю. В этой зоне частицы постепенно оседают в бункер. Минимальная эффективность при использовании двутавровых конструктивных элементов связана с тем, что частицы, отскакивая от стенок, направляются обратно в направлении волнообразного газопылевого потока. П-образные, дугообразные и V-образные конструктивные элементы имеют большее внутреннее пространство, поэтому при отскоке частиц от стенок они обычно остаются в пределах внутреннего пространства элементов, не покидая границ. Такое удержание частиц объясняется многократным рикошетом внутри каждого конструктивного элемента, что препятствует их выходу, способствуя увеличению эффективности. Различная геометрическая форма конструктивных элементов создает различную траекторию частиц внутри них. В П-образных и дугообразных конструктивных элементах изгибы и кривизна стенок способствуют созданию дополнительных вихревых потоков. Эти вихри действуют как ловушки для частиц, удерживая их внутри элемента на более длительное время, что увеличивает вероятность их осаждения. V-образные элементы обеспечивают наибольшую эффективность за счет своей остроугольной формы, которая направляет частицы к вершине угла, где они теряют скорость и эффективно осаждаются из-за снижения кинетической энергии. Также установлено, что максимальная эффективность сепаратора достигается при относительно низких входных скоростях (W< 1 м/с). С увеличением скорости газопылевого потока эффективность E снижается ввиду отскока частиц от конструктивных элементов обратно в поток. Фракционная эффективность сепаратора с двутавровыми конструктивными элементами составляет в среднем 75,1, 67,1, 43,6 и 16,2 % при скорости газа на входе в него 0,5, 1, 2 и 3 м/с соответственно. При входной скорости газопылевого потока W < 1 м/с отмечается мгновенный рост эффективности, а с увеличением скорости рост фракционной эффективности при увеличении размера частиц замедляется (рис. 3). Использование П-образных конструктивных элементов в сепараторе демонстрирует следующую среднюю фракционную эффективность - 74,6, 72,5, 57,4 и 39,8 % при скорости газопылевого потока 440